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Publication number: BE554806A
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Description


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   La présente invention concerne les rubans isolants destinés en particulier.. à l'isolation des conducteurs de machines électriques. On a utilisé fréquemment jusqu'ici des rubans isolants à base de mien préparé à partir de paillettes ou   clivures   de mica, d'un support fibreux et d'un liant résineux souple et flexible. 



   Il était connu d'utiliser pour l'agglomération: du mica, de la gommelaque, des mélanges à base d'asphalte ou de brais plus ou moins plastifiés et différentes-résines synthétiques, telles que : polystyrène, résines acrylique ou alkyde, résines polyépoxydes, etc... 

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   Les rubans préparés   4/Partir   de gommelaque conduisent à des isolations douées de mauvaises propriétés électriques, les pertes diélectriques sont très fortes à chaud. 



   Les isolations à base d'asphalte ont l'inconvénient d'une mauvaise stabilité dimensionnelle et d'une migration importante du mica. De plus, lors de la mise en place de l'isolation, il est parfois indispensable d'imprégner sous vide poussa plusieurs fois, les couches de rubans avec un composé asphaltique fondu. Cette opération est longue et délicate. 



   Les rubans à base de résines   @   synthétiques telles que : polystyrène,. résines acrylique ou alkyde, présentent l'inconvénient de nécessiter une imprégnation ultérieure avec une solution fluide complètement polymérisable : résine polyester en solution dans du monostyrène par exemple. Cette imprégnation nécessite aussi un vide très poussé. Il est de plus indispensable de conserver la solution complètement polymérisable à des températures inférieures à 0 C. 



   Les rubans obtenus à partir des résines poly- époxydes ne nécessitent pas d'imprégnations complémentaires, mais conduisent à des isolations présentant de mauvaises   proprié-   tés diélectriques à chaud. 



   L'isolant qui fait l'objet de-la présente invention se caractérise, en premier   lieu;  en ce que son support ou substratum souple, fibreux ou non, comporte une couche adhérente contenant une résine thermodurcissable du type polyester:
On sait que de telles résines peuvent être durcies par polymérisation à des températures relativement faibles quand on leur ajoute un catalyseur de durcissement approprié. 



   L'isolant selon l'invention peut donc se présenter sous deux états différents et successifs ;le premier 

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 est celui où la résine thermodurcissable,étendue sur le sup- port souple,est encore visqueuse et où par conséquent l'ensem- ble présente une grande souplesse permettant l'enroulement sur les conducteurs à isolerle second est celui où la résine a été durcie par l'action du catalyseur et où l'isolant a donc perdu sa souplesse initiale mais a acquis, par le   durcis sèment   des propriétés très intéressantes, au point de vue électrique. 



   La résine thermodurcissable polyester peut être préparée en estérifiant un polyacide organique ou minéral par un alcool d'un des types suivants ; 
C = CH -   OH20H   ; G- OH =CH- CH2OH;   CH2 = OH - OH ou CH3-C OH CH2   (ces deux derniers non connus en tant qu'alcool libre monomère, mais parfaitement connus en tant qu'alcool libre polymère ou combinaisons estérifiées). 



   Le monomère résultant de cette estéri-   fication   sera ensuite polymérisé pour former un polymère à bas poids moléculaire et c'est le polymère obtenu ou, de pré- férence, un mélange de polymère et de monomère qui sera déposé en couche sur le support souple. 



   On peut utiliser comme polyacide, les acides succinique, adipique,   sébacique,     maléique,   fumarique,o-phtali- que,   p-phtalique,   m-phtalique (ou leurs dérivés halogènes comme l'acide tétrachlorophtailique) citrique, phosphorique, phospho- nique, borique,   etc...   ces exemples n'étant pas donnés à titre limitatif. L'alcool éthylénique peut être :l'alcool allylique ou ses homologues tels que : les alcools méthallylique et croto- nylique et leurs dérivés halogénés . 



   Il est de plus possible d'obtenir un po- lymère réticulable convenant à la présente invention en uti- 

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 lisant un ester d'acide mono-carboxylique insaturé et d'alcool allylique. Les acides insaturés peuvent être les acides acrylique, méthacrylique, linoléique, linolénique et autres acides polyéthyléniques obtenus par saponification des huiles végétales   ou   animales siccatives ,
Pour la prépa ration de ces   esters, ? 1   est de plus préférable d'utiliser l'anhydride de l'acide quand il est disponible. 



   Le support souple peut être, par exemple,un papier de cellulose, de fibre de verre, un tissu de coton, soie, superpolyamide, verre, amiante ou tout autre textile artificiel, un film de matière plastique synthétique : superpolymaide, téréphtalate de polyéthylène-glycol, etc... ces exemples n'étant pas limitatifs. 



   De préférence., le ruban isolant selon l'invention comporte aussi du mica, soit sous forme de paillettes ou clivures de mica, soit sous forme de mica reconstitué, le mica étant collé au support souple par l'intermédiaire de la résine polyester qui, lors de son durcissement subséquent lie le mica de façon indestructible audit support souple. 



   La préparation et la polymérisation des polyesters sont déjà connues en elles-mêmes. 



   Les polyesters allyliques sont   polyméri-   sables par la chaleur sous l'action de certains catalyseurs du fait qu'ils contiennent des doubles liaisons éthyléniques, apportées par l'alcool   allylique   ou l'acide maléique (ou leurs homologues), Ils se présentent généralement sous la forme de liquides'   doués,   d'odeur faible et peu volatils . Sous l'action de certains' catalyseurs et de la chaleur, ou sous l'action combinée d'un catalyseur et de la chaleur, ils se transforment en substances résineuses dures, plus ou moins rigides, infusibles et insolubles. 

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   Pour la réalisation de la présente invention, on a remarqué qu'il était préférable de faire subir un commencement de polymérisation aux monomères allyliques, pour obtenir un prépolymère encore soluble et fusible. 



   Pour constituer la composition à base de résine polyester devant être étendue sur le support souple du ruban, le prépolymère allylique, mis en solution dans un dissolvant approprié acétone, acétate d'éthyle, hydrocarbures, etc... est de préférence additionné d'une proportion d'ester monomère, variable avec la souplesse du ruban à obtenir (en général 5 à 50 %) car le monomère joue le rôle de plastifiant durcissable. Le monomère peut être de même composition chimique que le prépolymère; ou de composition différente, c'est-à-dire obtenu avec un polyacide identique ou différent.

   On peut aussi faire varier la souplesse du ruban terminé, même après durcissement final, en choisissant convenablement la nature du polyester utilisée prépolymère ou monomère., car il a été remarqué que les polyacides à longue chaîne (tels que les acides adipique et   sébacique)   donnaient, après polymérisation, des produits résineux souples. 



   Les catalyseurs de prépolymérisation ou de.durcissement final peuvent être : l'eau oxygénée, le trifluorure de bore et ses complexes, les peroxydes organiques : de benzoyle, de   t-butyle,   de   dicyclohexyle,   de   méthyl-éthyl-cétone,   etc... cette énumération n'étant pas limitative. Le catalyseur choisi est utilisé dans -la proportion de 0,2 à 5 % en poids du liant résineux polymérisable (solvant non compris). 



   Le vernis de polyester durcissable additionné au catalyseur est déposé ensuite avec un dispositif approprié sur un support souple choisi. Le mica en paillettes ou le papier de mica reconstitué y est appliqué par pression 

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 et le tout est séché dans un four à température appropriée. La concentration du vernis et le réglage des dispositifs d'appli- cation dudit vernis sont adaptés pour déposer une quantité de liant résineux telle que le ruban terminé contienne 20 à 50% de liant résineux comptés sur le poids total du ruban.

   Le sécha- ge du ruban se fait à une températures (50 à 130 ) et pendant un temps (5 à 30 minutes) tels que le solvant du vernis soit évaporé, mais que le liant résineux ne subisse pas un durcissement final qui sera effectué au moment voulu à l'étuve ou par effet Joule par chauffage lorsque l'isolation sera en place sur les conducteurs de la machine électrique. 



   Voici d'ailleurs quelques exemples non limitatifs de fabrication du ruban isolant : EXEMPLE   1 :   
On réalise la solution :      
 EMI6.1 
 
<tb> 
<tb> Prépolymère <SEP> de <SEP> phtalate <SEP> de <SEP> diallyle <SEP> 100 <SEP> g
<tb> Maléate <SEP> de <SEP> diallyle <SEP> monomère <SEP> 30 <SEP> g
<tb> Peroxyde <SEP> de <SEP> benzoyle <SEP> 1,3 <SEP> g
<tb> Acétone <SEP> 575 <SEP> g
<tb> 
 par agitation prolongée à froid. 



   Cette solution sert à enduire un papier Japon de 0,03 mm d'épaisseur et pesant 15 g au m2. On dépose sur le papier une couche de clivure de mica Indien, puis un deuxième papier Japon identique au premier. Le tout passe sous un cylindre calandreur qui enlève l'excès de vernis, puis dans un four de 4 m de long chauffé à 70 C.Une aspiration élimine les vapeurs d'acétone formées par   l'évaporaticn   du vernis. Le ruban séché est ensuite enroulé. Le réglage du   cylindre   calandreur est adapté pour qu'il reste 45% d'agglomérant dans le ruban terminé. 



   Le prépolymère de phtalate de diallyle a été préparé par chauffage à 9C , de 10C gde phtalate de diallyle et 1 g de peroxyde de benzoyle pendant 4 heures, 

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 puis dissolution du produit visqueux dans de l'acétone, précipitation du prépolymère par de l'alcool éthylique et séchage du précipité, EXEMPLE 2 :
On réalise la solution : 
 EMI7.1 
 
<tb> 
<tb> Prépolymère <SEP> de <SEP> phtalate <SEP> de <SEP> diallyle <SEP> 100 <SEP> g
<tb> Adipate <SEP> de <SEP> diallyle <SEP> monomère <SEP> 30 <SEP> g
<tb> Peroxyde <SEP> de <SEP> cyclohexanone <SEP> 0,7 <SEP> g
<tb> Acétone <SEP> 400 <SEP> g
<tb> Acétate <SEP> de <SEP> butyle <SEP> 575 <SEP> g
<tb> par <SEP> agitation <SEP> à <SEP> froid.
<tb> 
 



   Cette solution sert à enduire un papier Japon de 0,03 mm d'épaisseur et pesant 15 g au m2. On y applique ensuite un papier de mica reconstitué pesant 90 g au m2. 



  Le tout passe sous un cylindre cailandreur qui enlève l'excès de vernis, puis dans un four de 4 m de long chauffé à 70 C. 



  Le réglage du cylindre calandreur est adapté pour laisser 35 % d'agglomérant dans le ruban. 



    EXEMPLE 3 :   
On réalise une solution : Prépolymère de maléate de diallyle 50 g Prépolymère d'adipate de diallyle en Solution à 80 % dans de la méthyl-isobutyl 
 EMI7.2 
 
<tb> 
<tb> cétone <SEP> 100 <SEP> g
<tb> Phtalate <SEP> de <SEP> diallyle <SEP> monomère <SEP> 25 <SEP> g
<tb> Peroxyde <SEP> de <SEP> benzoyle <SEP> 1 <SEP> g
<tb> Acétone <SEP> 975 <SEP> g
<tb> 
 par agitation prolongée à froid. 



   Cette solution sert à enduire un tissu de verre de 0,03 mm d'épaisseur pesant 30 g au m2. On y applique ensuite par un rouleau calandreur, ur. papier de mica reconstitué pesant 120 g au m2.Le tout est séché dans 

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 un four de 4 m de long chauffé à 70 C. L'écartement des cylindres calandreurs est réglé pour qu'il reste 40   %   d'agglomérant dans le ruban fini. 



   Pour préparer la solution de prépolymère d'adipate de diallyle, on a chauffé à reflux pendant 48 h à 118  
 EMI8.1 
 
<tb> 
<tb> adipate <SEP> de <SEP> diallyle <SEP> pur <SEP> (distillé <SEP> ) <SEP> 250 <SEP> g
<tb> Méthyl-isobutylcétone <SEP> 250 <SEP> g
<tb> Hydroperoxyde <SEP> de <SEP> emmène <SEP> à <SEP> 70 <SEP> % <SEP> 20 <SEP> g
<tb> 
 
La viscosité de la solution est passée de5 cps environ à 25 cps. 



    . la   solution est utilisée ainsi sans précipitation préalable du prépolymère. 



   L'un des principaux avantages de la pré- sente invention par rapport aux anciennes techniques est que l'on peut régler exactement, en rapport avec l'utilisation, la vitesse de durcissement du liant résineux thermoduiro aple en faisant varier la proportion de catalyseur de dusicasement. 



   Le ruban préparé comme décnn si-dessus peut être mis en place suivant les procédés   habituellement   utilisés dans la construction électrique : - enroulement en gaine, à froid ou à dand, - enroulement hélicoïdal à demi-recouement de ruban, à froid ou à chaud . 



   Les conducteurs ainsi isolés peuvent être séchés sous vide à des températures comprises entre la température ambiante et 150 C, pour éliminer les   dernières   traces d'humi ité et de solvant. Cette opération peut se réaliser avantageusement dans un   autoclave.   



   Pour obtenir un facteur de   aorte   aussi faible que possible., il convient d'éliminer   l'air   occle   dans   l'isolation. A effet, il faut exercer   une   pass   'on   sur l'isolation après avoir appliqué le vide,   ceci   sans gue las 

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 conducteurs soient exposés à l'air sous la pression atmosphé-   rique .    



   L'application de la pression peut se faire d'une façon mécanique, au moyen d'une presse chauffante, avec ou sans usage du vide. Dans le cas d'application de vide, avant et pendant la mise en pression, la presse est alors disposée dans une enceinte où l'on peut faire le vide poussé,
L'application de la pression peut aussi être faite par un fluide qui aura de préférence une viscosité suf-   fisamment   élevée pour ne pas pénétrer dans l'isolation. 



   Ce fluide servira aussi avantageusement de véhicule de chaleur. On peut utiliser comme fluide transporteur de pression et de chaleur : des brais ou asphaltes fondusdes- résines neutres du genre indène ou coumarone, des résines neutres du genre polyéthylène ou polyisobutylène, des cires, des paraffines ou des graisses à haut point de fusion, des mélanges de différentes -résines, cires ou brais réalisés pour obtenir une viscosité appropriée et suffisamment élevée pour ne pas pénétrer les couches agglomérées du ruban isolant. 



   Il est à noter que si le ruban isolant contient entre 20 et 50 % de liant résineux comme décrit cidessus, il n'est pas nécessaire d'imprégner sous vide l'isolation au moyen d'une composition résineuse fluide entièrement polymérisable, telle que solution de résines   maléi'que   dans du styrène,   etc...   Il s'ensuit une application plus aisée et un matériel d'utilisation moins onéreux, cos   conpcsitbns   fluides durcissables devant être conservées à basses températures inférieures à 0 C) pour garder leur état de fluidité approprié . une bonne imprégnation. 



   Les conducteurs de machines   électriques   solés suivant l'invention présentent les avantages suivants : 

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   1 )   Le facteur de pertes estplus faible à froid et à chaud qu'avec les isolants connus comme le montrent le tableau ci-dessous et le graphique annexé. 



   Tableau
Caractéristiques diélectriques sous 4 kV/mm 
 EMI10.1 
 
<tb> 
<tb> '. <SEP> Isolation <SEP> avec <SEP> ruban <SEP> Isolation <SEP> avec <SEP> ruban
<tb> : <SEP> à <SEP> l'asphalte <SEP> : <SEP> synthétique <SEP> préparé
<tb> selon <SEP> l'exemple <SEP> 1.
<tb> 



  @
<tb> 
 
 EMI10.2 
 ' ## . '  '. bzz '# '# # ##### arcté-':Symbo-: . z. ris1.,iqp.es' le ': 20 C ': 80 C : 120 C ': 20 C 80 C 130 0   *  '# '# ## #*# Tangente' de 1 ,n¯' gle de ## pertes tg 6 ; 0,034 0,078 0,198 0037 ' '. 0, 054 : 0, 0'70 ##'. 1. 'e '# ". 



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<tb> 
<tb> Facteur
<tb> de <SEP> per-
<tb> 
 
 EMI10.6 
 tes per- ': t ttç 0112 ; 0,312 0,,97 0,086 : 0,194 '. 0,287- Sur le graphique les valeurs de tg ont été portées en ordonnées et les tersions en kilovolts en abscisses. 



   La   figure   1 montre les courbes obtenues pour des températures de 11'isolant de 20 C, 80 C et   1200C   avec l'isolation connue au ruban asphaltique. 



   La figure 2 montre les courbes obtenues de même avec un ruban au mica selon l'invention. 



   Les pertes diélectriques mesurées à 120 C sont environ trois fois plus faibles sur la nouvelle isolation que sur une isolation comparable au ruban asphaltique. 



   2 ) La variation du facteur tg par   kilovolt   et à   120 C,   ne dépasse pas 0,001 sur une isolation faite à partir du ruban selon l'invention,
3 ¯ Le gonflement d'une isolation faite tvec le nouveau   ruban,,   traitée librement pondant 24 heures à 

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 une température de 120 C, est pratiquement nul, alors qu'une isolation au ruban asphaltique peut   atteindre,   dans les mêmes conditions, un gonflement de 0,5 mm. 



   4 ) La rigidité diélectrique mesurée à 120 C sur une isolation réalisée avec le nouveau ruban est supérieure à celle obtenue sur une isolation au ruban asphaltique mesurée dans les mêmes conditions. 



   5 ) La sensibilité à l'humidité du nouveau ruban est beaucoup plus faible par rapport aux rubans habituellement utilisés . 



   6 ) La résistance mécanique est meilleure.

Claims

REVENDICATIONS 1. Produit (le revêtement durcissable pour la constitution d'un isolant électrique, en particulier pour enroulements métalliques de machines électriques, notamment pour barres de stator, ce produit de revêtement comportant une couche de mica unie par un liant résineux à un support souple et étant caractérisé par le fait que le liant résineux contient un prépolymère d'un ester non saturé monomère, plus particulièrement un ester allylique, éventuellement en association avec un ester non satur monomère et, le , cas échéant, avec un catalyseur de polymérisation.

2. Produit de revêtement selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'ester monomère non saturé est un ester d'acide polycarboxylique aliphatique non saturé ou aromatique et d'un alcool éthylénique.

3. Produit de revêtement selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'ester monomère non saturé est un ester d'un acide mono-carboxylique monn-éthylénique ou poly-éthylénique et d'alcool allylique.

4. Procédé d'isolement électrique de pièces métalliques, caractérisé par l'application sur celles-ci d'un isolant conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 3 et par l'exécution d'un simple chauffage, de préférence sous pression, pour assurer le durcissement final de l'isolant.

5. Isolants électriques obtenus à partir des produits revendiqués sous 1 à 3, traités par le procédé revendiqué sous 4.