BE667766A - - Google Patents
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Description
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ENDUIT PERFECTIONNE PARTICULIEREMENT
POUR CONDUCTEURS ELECTRIQUES
L'invention concerne un enduit perfectionné, à base de résines polyesters, tout particulièrement utile pour le re- ve@ement de conducteurs électriques. Elle vise notamment un enduit dont la résistance à l'abrasion et au choc thermique est très améliorée par rapport aux revêtements connus. L'in- vention a pour objets un nouveau mode d'enduction de divers articles avec certaines résines polyesters, les revêtements qui en résultent, ainsi que les articles qui portent ces revête- ments.
Il est connu de préparer des vernis pour fils con- ducteurs, en faisant réagir un acide dicarboxylique aromatique, notamment acide téréphtalique ou isophtalique, ou leurs esters (ou demi-esters), tels qu'esters d'alcoyles inférieurs, par exemple méthylique, éthylique, propylique, butylique, amylique, @
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hexylique, heptylique, phénylique ou homologues, avec un gly-
EMI2.1
col tel qu'éthylène-, triméthylène-, tètramèthylène-, pentamé- thylène- ou hexméthylène-glycol, des glycols supérieurs, ou leurs esters comme ceux des acides carboxyliques de faible poids moléculaire*
Dans le brevet américain ? 3 141 859 du 26.
9.60 on écrit un,procédé de revêtement d'un conducteur électrique par dispersion d'un polyester linéaire du type défini ci-dessus, com- me téréph talate de polyéthylène, dans un solvant contenant un chlorophénol, comme l'ortho-, le méta- ou le para- chloro- phénol ; un chlorophénol alcoylé, par exemple p-chloro-m-cré- sol, chlo@@-4-sec. butyl-phénol, p-chlorothymol, ou un mélange de ces chlore-phénols ; un crésol, comme ortho-, méta- ou para- crésol, l'acide crésylique ou un mélange de m- et de p-crésoles ; et du phénol. Le phénol peut être substitué en totalité ou en partie par un ou plusieurs crésols.
Un mélange solvant préférentiel contient l'un des cons-, tituan de chaque groupe, ci-dessus défini, de chlorophénols et de crésols, avec du phénol, comme par exemple le p-chloro- phénol, l'o-crésol et le phénol. Un autre mélange solvant pré- férentiel contient du p-chlorophénol avec de l'acide crésylique ' et un troisième mélange solvant préférentiel contient du p- chlorophénol et du m- et p-crésol- le p-chlorophénol est le chlorophénol préférable et l'o-crésol est le crésol préférable.
Comme déjà mentionné, le solvant peut contenir de l'acide crésylique. En général le point d'ébullition de cet acide est compris entre 189 et 2200 C. Selon la définition donnée dans Bennett's Concise Chemical and Technical Dictio- nary (1947), l'acide crésylique est constitué par un mélange d'o-, m- et p-crésols dont le point d'ébullition est compris /
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entre 1850 et 2300 C.
Comme précédemment indiqué, le phénol peut être sub- stitu4 en totalité ou en partie par l'un des crésols, comme l'o-, le m- ou le p-crésol ou par leur mélange comme le m-p- crésol ou l'acide crésylique, mais il est préférable que le mélange solvant contienne du phénol. Pour dissoudre un pol- yester dans le mélange solvant préférentiel, on emploie des proportions de 30 à 50% de chlorophénol, par rapport au poids total de solvant, 25 à 50 % de phénol et 10 à 35% de crésol.
Si on' substitue un crésol au phénol, on peut employer jusqu'à 70 % de crésol total.
Les solutions de polyesters linéa'ires dans les dits mélanges solvants, peuvent contenir jusqu'à 21% de matière solide tout. en demeurant stables pendant des terps prolongés.
La proportion préférable de matiè- solide est comprise entre environ 13% et 18 %;une solution à environ 15 % demeure stable pendant plus d'un an.
Des fils électriques revêtus doivent satisfaire à certains tests, pour convenir à l'emploie température élevée pendant de longues durées. Les fils enduits avec les compo- sitions susindiquées donnent d'excellents résultats dans les essais suivants : a) Rigidité diélectrique (mesurée d'après la norme américaine A. S.
T.M. test D-149 de courte durée) d'un fil enduit avec le produit précisé est de 102 000 Volts/mm tandis que celle d'un fil avec une composition du type polyamide est d'environ 47 300 à 55 000 V/mm. b) Résistance à l'usure par abrasion (mesurée d'a- près la norme américaine N E M A Magnet Wire Standards M W 24-35 edition Nov. 1946) d'un fil, enduit avec la co@position
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polyester décrite, est de 25 à 35 passes avec un poids de 700 g, tandis que le fil enduit avec un émail de polyamide supporte seulement 15 à 20 passes dans les marnes conditions.
c) Résistance au vieillissement à chaud (d'après la norme américaine N E M A standards M W 24-40) . le fil enduit .. avec la composition polyester supporte un enroulement de 3 fois son diamètre sans se fendiller, se craqueler âpres 45 jours à 1250 C (la durée du test N E M A standards n'est que de 8 jours), tandis que le fil enduit de polyamide cesse.de supporter le même enroulement au bout de 7 jours à 1250 C.
Dans le brevet anglais ? 978 717, demandé le 8.6.62 et brevet français N 1 339 547 sont décrits des enduits à ba- se de polyesters pour conducteurs électriques, contenant le produit de réaction de l'isocyanurate de tri-hydroxy-2 éthyle avec l'acide téréphtalique ou isophtalique ou un ester de ces acides.
L'isocyanurate de tri-hydroxy-2-éthyle peut consti- .tuer l'uhique poly-alcool du mélange réactionnel, où il peut être partiellement remplacé par un ou plusieurs autres alcools polyhydriques. Dans ce cas la proportion de cet isocyanurate dans le mélange représente au moins 10 %, ou de préférence au moins 50 % en poids de polyol total.
Exprimé en équivalents %, le dit isocyanurate repré- , sente, de préférence, au moins 25 % de la totalité de polyols. ,
Dans la préparation du polyester, l'acide carboxy- lique représente 15 à 46'équivalents % le reste étant consti- tué par le ou les polyols, c'est-à-dire que les groupes oxhy- driles doivent être en excès par rapport aux groupes carboxyles.'
L'acide téréphtalique ou l'acide isophtalique peut former .la totalité du constituant acide polycarboxylique ou
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encore il peut être substitué par un autre acide dans une pro- protion atteignant 80 équivalents %. Il est préférable qu'au moins 50 équivalents % soient constitués par l'acide téréph- talique.
On exprime couramment les proportions des différents réactifs en équivalents , parce que les acides et les alcools réagissent selon leurs équivalents et non leurs proportions molaires. La définition du terme équivalent % est donnée dans les brevets américains N 2 889 304, déposé le 7.3.57 et N 2 936 296, déposé le 10.12.54..
Pour améliorer la résistance à l'abrasion de ces.ver- nis pour fils, on y ajoute de petites quantités de siccatifs métalliques.
Ces nouveaux polyesters trouvent une application préférentielle dans les revêtements de fils, mais ils con- viennent aussi pour fabrique., des produits moulés et ainsi que pour imprégner, on solution, les tissus, le papier, l'amiante etc. Ils trouvent, en général, une application dans tous les cas où sont employées les résines alkydes.
Le nombre total de groupes hydroxyles des alcools est généralement compris entre 1 et 1,6 fois le nombre de groupes carboxyles des acides.
On améliore encore les propriétés des polyesters en leur ajoutant un polyisocyanate dans la proportion de 10 à 40 % en poids, de préférence 15 à 25 %, par rapport au total polyisocyanate et polyester. Le polyisocyanate contient pré- férablement au moins 3 groupes isocyanate libres.
On peut employer ces polyisocyanates tels quels, en particulier lorsque leur durée de conservation en pot n'a pas une grande importance, mais il est généralement préférable de bloquer les groupes isocyanato, en formant par exemple des
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carbamates, avec des groupes qui s'éliminent à la température de la réaction à laquelle s'emploie le polyester téréphtalique ou isophtalique ;
de tels groupes sont apportés notamment par les monophénols, xy lénols, mono-alcools, esters aryliques d'aci-
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des-hydroxy-alcoybarbamiquos, mercaptans, lactames, imiles, amines secondaires etc. tels
En tant qu'exemples de/polyisocyanates ainsi masqués, ou bloqués convenant à l'invention, on peut citer les produits de réaction de 3 moles de mélange des di-isocyanate-2,4-et 2,6- tolylne avec le triméthylol propane,,où les groupes iso- cyanates sont masqués par estérification avec le m-crésol ; de tels produits sont vendus sous la dénomination commerciale de "Mondur SI! et "Mondur Sh", ce dernier étant préféré,
Sauf mention du contraire on désigne ci-après par le terme "polyisocyanate" à la fois les isocyanates libres ou les isocyanates masqués.
On mélange le polyisocyanate avec le polyester pré- formé à 1'état sec ou préalablement dissous, et on accélère la réaction entre ces deux composés par chauffage à tempéra- ture élevée, notamment environ 340 à 427 C, dans le cas de la préparation des revêtements sur fils.
Le siccatif métallique est employé en proportions d'environ 0,2 à 1% en métal par rapport à la teneur totale en matières solides contenues dans le vernis. Parmi les sicca- tifs métalliques convenant à l'invention, on peut citer les linoléates de zinc, plomb, calcium ou cadmium, les octoates et résinâtes de ces métaux, en particulier résinâtes de zinc ou de cadmium, linoléates de plomb ou de calcuim, naphténates de zinc, plomb, calcuim, ou cadmuim et les octoates de zinc ou de cadmuim.
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aus5i y On peut/employer d'autres siccatifs métalliques comme ceux de métaux polyvalents, par exemple les naphténates de manganèse ou de cobalt.
Il est encore possible d'améliorer les propriétés de ces vernis de polyesters en y incorporant un titanate de tétra- ' alcoyl- à la place du. siccatif métallique et du polisocyanate.
Parmi les titanates d'al yles convenant à l'invention, on peut citer les titanates de tétra-isopropyle, tétrabutyle, tétra- héxyle, tétraméthyle ou tétrapropyle. Le titenate est employé en petites quantités, de l'ordre de 0,001 à 4 % du métal titane par rapport à la teneur totale en matières solides de l'émail*
La préparation de ces polyesters est indiquée dans le brevet français N 1 339 547 du 14 juin 1962.
Les vernis contenant des esters d'isocyanurate de tri- hydroxy-2-éthyle présentent une ex@@@lente résistance au vieil- lissement à chaud, mais leur résistance à l'abrasion et au choc . thermique, tout en étant satisfaisant, n'est pas exceptionnel- lement élevée.
La présente invention permet d'obtenir des revête- ments améliorés, particulièrement utiles pour conducteurs électriques, présentant une résistance exceptionnelle à l'a- brasion et au choc thermique.
Conformément à l'invention, ce résultat est obtenu par la formation préalable, sur la surface à revêtir, d'une sous-couche de polyester de l'acide téréphtalique ou/et iso- phtalique, avec de l'isocyanurate de tri-hydroxy-2-éthyle, suivie de l'application, sur cette sous-couche, d'un revêtement, de polyester linéaire, formé par la réaction d'un acide dicar- boxylique aromatique avec un giycol ; ce revêtement, c.à d. la seconde couche, peut être avantageusement du téréphtalate de polyéthyulène.
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L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit de plusieurs exemples et à l'examen du dessin annexé, qui représentent à titre d'exemples non limita- tifs, plusieurs modes de réalisation suivant l'invention.
Sur le dessin, qui représente un fil enduit suivant l'invention, un fil de cuivre 2 comporte un premier revêtement
4 d'un polyester d'acide téréphtalique et d'isocyanurate de tri-hydroxy-2-éthyle et une seconde couche 6 de téréphtalate de polyéthylène.
La résistance à l'abrasion des articles revêtus se- lon l'invention, et en particulier de fils électriques est aug- mentée de 50 à 100 % ; leur résistance au choc thermique est améliorée de façon telle qu'un fil conducteur, ayant subi un allongement préalable jusque 13,5% résiste aux mêmes épreuves de choc thermique qu'un fil non allongé préalablement et ne comportant pas de seconde couche de revêtement.
L'effet des températures élevées sur la souplesse .-d'un revêtement est mesurée par l'essai de la résistance au choc thermique. Cet essai a lieu de la façon suivante : on enroule un fil verni, de diamètre X; sur un mandrin conique dont l'an- gle au sommet est d'environ 20 , on retire l'enroulement côni- que, ainsi formé, du mandrin, et on..le place dans un four à circulation d'air, maintenu à 1750 C. Après 10 minutes, la surface du fil, enroulé en forme-de cône, ne doit présenter au- cun défaut sur toute la portion du cane dont le diamètre dépas- se 5 X, pour que la flexibilité du fil verni soit considérée comme suffisante à assurer un fonctionnement satisfaisant jus- qu'à au moins 135 C.
Le degré d'abrasion qu'un fil verni peut suoporter, sans que son revêtement soit enlevé, soit la résistance à l'a-
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braiion, se détermine de la façon suivante : on fait frotter un :oids de 700 g dans un mouvement de va et vient sur la sur- face du conducteur électrique isolé jusqu'à ce que son revê- ten.ant soit enlève. Le nombre de passes ou coups nécessaire pour obtenir cet effet, mesure la résistance à l'abrasion (d'après la norme américaine M W précitée).
L'application des compositions de polyesters, dis- persés dans des solvants, sur le fil métallique, en cuivre par exemple, peut être effectuée par un quelconque des moyens usuels dans cette technique. Par exemple, dans la méthode dite "au trempé", on place la solution de polyester, à sa concen- tration initiale, dans un bac dans lequel on fait passer ver- ticalement le fil, de façon qu'il s'enduise'de vernis. Selon . une autre méthode, on appliq@@ la solution de polyester, éga- lement à sa concentration initiale, au travers d'une filière.
Ici aussi on place la solution de résine dans un bac que le fil traverse de façon à s'enduire de la solution avant d'être forcé, en direction verticale, à travers des filières qui ne permettent que le dépôt d'une quantité déterminée du revête- ment, l'excès de vernis étant éliminé par l'ouverture étroite des filières.
Le fil, enduit selon l'une ou l'autre méthode, est ensuite chauffé dans une tour d'émaillage aux températures usuelles, au-dessus du point d'ébullition du mélange solvant, par exemple d'environ 1200 à 4450 C, afin d'achever la poly- mérisation de la résine et d'éliminer le solvant. La vitesse de passage du fil est comprise entre environ 4,5 et 10 m par minute, de préférence entre environ 7 et 8 m/minute. La temest pérature à l'entrée de la tour/d'environ 120 C et elle aug- mente jusqu'à environ 345 à 400 C à la sortie. Le solvant
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est chassé à ces températures élevées et au fur et à mesure que le fil traverse les zones de hautes températures, le polyester fond sur le fil.
Si nécessaire, on applique des couches supplémentaires par des passes suivies de cuisson, jusqu'à atteindre l'augmentation totale désirée de diamètre par rapport au diamètre du fil nu ;cette augmentation est . de l'ordre de 0,05 à 0,10 mm, un revêtement d'environ 0,07 à 0,085 mm étant préférable,
Conformément à l'invention, l'épaisseur de la sous- couche de polyester à l'isocyanurate est comprise entre en.. viron 0,05 et 0,25 mm, et de préférence entre 0,05 et 0,076 mm sur un fil de calibre 18. L'épaisseur de la seconde couche, a base de polyester d'acide. aromatique dicarboxylique et de glycol, est comprise entre environ 0,025 et 0,076 mm, de pré- férence 0,025 et 0,.05 mm.
L'épaisseur totale du revêtement est d'environ 0,07 à 0,33 mm ou mieux 0,077 à 0,16 mm.
EMI10.1
EXEMPLE l
Dans un réacteur de 3 litres muni d'un condenseur. d'un agitateur et d'un thermomètre, on introduit le mélange :
EMI10.2
!Isocyanurate de tri-hydroxy-24thyle ...........1 044 g(4 . moles iiéréphtaiate de d,mëthyle..................... v?5 "
EMI10.3
<tb> :
<tb>
<tb> :Xylol......................................... <SEP> 100 <SEP> ml
<tb>
<tb> :
<tb>
EMI10.4
' :Solvant Oa,VeSSQn.... r ...... w ......... a v ... 200 ml :Titanate de titraisopropyle................... 3,6 g On élève lentement la température, de façon à atteindre 185 il en 6 heures. ± ce moment on ajoute de l'acide crésylique pour réduire à 73,9 % la teneur en matières solides.
A 1 000 g de mélange susindiqué, onajoute 848 g d'acide crésylique,
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615 g du solvant vendu sous la dénomination commerciale de "Solvesso 100" et 29,5 g de titanate de tétra-isopropyle. La .viscosité du vernis obtenu est égale à.H-I sur l'échelle gardner. Holdt et sa teneur en matières solides est d'environ
30%.
EXEMPLE 2
Le mélange :
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téréphtalate de polyéhylènee..w o...es..........v..17 g p-chlorophénol....................................,332, g o-crésol............................................166 g
EMI11.2
<tb> phénol..............+,..............................332 <SEP> g
<tb>
est chauffé à environ 104 C, de façon à produire une dis- persion très homogène. La viscosit' de la composition liquide est de X-Y, sa teneur en matières solides est de 17% et son poids spécifique 1,160.
EXEMPLE 3
Un fil de cuivre de calibre 18 est enduit avec le vernis de l'exemple 1, selon.la méthode aux filières. On fait ensuite traverser une tour de chauffage par le fil enduit à la vitesse de 6,86 m/minute, la température d'entrée de la tour étant de 260 C et celle de sortie de 427 C. ]Le fil passe 6 fois à travers la solution et la tour et l'épaisseur totale du revêtement formé est d'environ 0,075 mm.
On enduit de même un second fil, mais avec seulement 5 passes à travers la. solution et la tour, après quoi une seconde couche est formée sur ce fil par une seule passe à travers la solu- tion de l'exemple 2.
/
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EXEMPLE 4
On enduit 2 fils conducteurs comme dans l'exemple 3, mais à la vitesse de passage du. fil de 7,7 m/minute.
Le tableau suivant indique les propriétés comparatives des fils , enduits des exemples 3 et 4.
TABLEAU 1
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<tb> Résistance <SEP> Choc <SEP> thermique <SEP> à <SEP> 175 C*)
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> à <SEP> l'abrasion <SEP> Sans <SEP> allonquement <SEP> Allonquement
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Vernis <SEP> préalable <SEP> préalable
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> (nombrede
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> passes) <SEP> Mandrin <SEP> :
<SEP> 13,5 <SEP> % <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1X <SEP> 2X.3X <SEP> 1X <SEP> 2X <SEP> 3X
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Exemple <SEP> 3 <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 6,86 <SEP> m/min.
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> (a) <SEP> 6 <SEP> couches <SEP> , <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> vernisde
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> l'exemple <SEP> 1 <SEP> 33 <SEP> 30 <SEP> 80 <SEP> 100 <SEP> ;
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> (b) <SEP> 5 <SEP> couches <SEP> '
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> vernis <SEP> de <SEP> l'exem-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> ple <SEP> 1
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1 <SEP> couche <SEP> de <SEP> vernis
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> de <SEP> l'exemple <SEP> 2 <SEP> 54 <SEP> 100 <SEP> 100 <SEP> 100
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Exemple <SEP> 4 <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 7,7 <SEP> m/min..
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
(a) <SEP> 6 <SEP> couches <SEP> du <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> vernis <SEP> de <SEP> l'exemple
<tb>
<tb>
<tb> 1 <SEP> 20 <SEP> 0 <SEP> 10 <SEP> 100
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> (b) <SEP> 5 <SEP> couches <SEP> de <SEP>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> vernis <SEP> de <SEP> l'exem-
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> ple <SEP> 1
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1 <SEP> couche <SEP> du <SEP> vernis
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> de <SEP> l'exemple <SEP> 2 <SEP> 36 <SEP> 50 <SEP> 100 <SEP> 100
<tb>
Les chiffres expriment les pourcentages des échantillons qui résistent à l'essai sur le mandrin donné.
Claims (1)
- RESUME 1. Revêtement en polyester, à résistances a l'abrasion et au choc thermique améliorées, caractérisa en ce qu'il comprend deux couches superposées :une sous-couche for- mée d'un polyester d'acide téréphtalique ou/et isophta- lique avec de l'isocyanurate de tri-hydroxy-2-éthyle, et une seconde couche, recouvrant la précédente, consti- tuée par un polyester linéaire à base d'un diacide aro- matique et d'un glycol.Bien entendu l'invention n'est nullement limitée aux exemples décrits. Elle est susceptible de nombreuses variantes acceRsi- bles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées, sans qu'on s'écarte pour cela de l'esprit de l'invention.Le revêtement peut en outre présenter une ou plusieurs carac- téristiques selon .es points 2 à 9 ci-après..2. Le polyester linéaire de la seconde couche est le téré- phtalate de polyéthylène.3. Le polyester de la sous-couche est le procuit de réac- tion de l'acide téréphtalique et du dit isocyanurate.4. Une partie de l'acide téréphtalique pouvant atteindre 50 équivalents % de l'acide total, dans la sous-couche,est remplacée par un autre acide polycarboxylique.5. Une partie de l'isocyanurate,pouvant atteindre 50 équi- valents % du total des polyols, dans la sous-couche, est remplacée par un autre polyol. <Desc/Clms Page number 14>6. La sous-couche contient un produit de réaction du polyes- ter avec un polyisocyanate.7. Les groupes isocyanique$ dans le polyisocyanate sont li- bre ou bloques[masques par d'autres groupements'* 8. La sous-couche contient le produit de réaction du pol- yester avec un titanate d'alcoyle.9. Le nnmbre total d'hydroxyles du ou des polyols de la sous- couche est égal à 1 à 1,6 fois le nombre total de groupes carboxyles du ou des diacides.10. Conducteur électrique muni d'un revêtement continu selon un ou plusieurs des points 1 à 9.Il* Conducteur suivant 10, sur lequel ladite sous-couche a une épaisseur de l'ordre de 0,05 à 0,25 mm, pour 0,025 à 0,075 mm de la seconde couche..12. Conducteur suivant 10, dont la seconde couche de revête- ment a une épaisseur comprise entre 1/2 et 1/15, et de préférence entre 1/3 et 1/6 de l'épaisseur totale du re- vêtement. <Desc/Clms Page number 15>13; Procédé pour former un revêtement de polyester, en particulier sur un conducteur électrique, qui consiste à former d'abord une sous-couche à partir de l'acide téréphtalique ou/et isophtalique et d'un isocyanurate, et, après cuisson et durcissement de cette couche, déposer une seconde couche à partir d'un polyester néaire en solution dans un mélange solvant contenant du monochlorophénol avec du crésol ou un mélange crésol-phénol, le monochlorophénol représentant 30 à 50 % en poids du solvant total.14. Procédé suivant (13) dans lequel la seconde couche est formée à partir d'une solution de téréphtalate de polyéthylène dans un mélange de monochlorophénol, de phénol et de crésol.15. En tant que produit industriel nouveau, tout article portant un revêtement suivant un ou plusieurs des points 1 à 9.
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