Procédé de formation d'un isolement électrique. La présente invention se rapporte à un procédé de formation d'un isolement élec trique en employant un polymère ou copo lymère du tétrafluoroéthylène. Le polytétrafluoroéthylène est une matière polymère relativement nouvelle, formant des pellicules et qui possède certaines propriétés remarquables telles que l'insolubilité dans tous les solvants connus, la résistance aux très hautes températures qui sont préjudi ciables à toutes les autres substances connues formant des pellicules, la résistance à l'abra sion et des propriétés électriques peu com- rmunes telles qu'une résistance diélectrique élevée,
un grand pouvoir isolant et des pertes diélectriques extrêmement faibles. Les copo- lymères du tétrafluoroéthylène, en particulier ceux où ce dernier prédomine fortement, présentent des propriétés analogues.
Ce sont (les copolymères de tétrafluoroéthylène avec un ou plusieurs composés organiques polymé- risables contenant une double liaison éthylé- nique, tels que l'éthylène, le chlorure de vi nyle, le chlorure de vinylidène et les esters aleoyligues des acides acrylique et méthacry- 1 ique.
On peut, pour employer ces polymères out copolymères, préparer des suspensions aqueuses diluées de ces composés à l'état colloïdal, puis les concentrer par électro- décantation pour les rendre plus utilisables en tant que compositions de revêtement: On peut appliquer ces suspensions aqueuses con centrées sur des surfaces au moyen de nom breux procédés utilisés pour les compositions de revêtement ordinaires, l'évaporation du milieu de suspension provoquant l'adhérence des particules entre elles et sur les surfaces.
Dans le procédé de formation d'un isole ment électrique selon l'invention, on ap plique, sur un substratum résistant à la cha leur, un revêtement d'une suspension aqueuse d'un polymère ou copolymère de tétrafluoro- éthylène, on évapore le milieu de suspension, on soumet le substratum enduit à un calan- drage et on le chauffe au moins jusqu'à la température de fusion dudit polymère ou co- polymère.
Il se forme souvent, sur les surfaces des substratums enduits de suspensions aqueuses du genre indiqué et concentrées, une fois l'enduit sec, des craquelures microscopiques dites craquelures superficielles . La ten dance à former des craquelures plus impor tantes est d'autant plus grande que la pelli cule est plus épaisse.
On parvient à éviter commodément ces craquelures tout en formant un. revêtement de l'épaisseur voulue en calandrant, après évaporation du milieu de suspension, le substratum enduit, de préférence, entre des cylindres non chauffés ou modérément chauf fés, le substratum enduit étant ensuite chauffé comme indiqué. Ce calandrage a pour effet d'oblitérer les craquelures et l'opération finale de chauf fage au moins à. la température de fusion du polymère ou copolymère soude entre elles les particules en formant une pellicule forte et adhérente ne donnant pas de craquelures quand on la courbe fortement ou qu'on la froisse.
Considérant la température de fusion de la, matière employée (327 C pour le poly- tétrafluoroéthylène), il est surprenant et tout à fait inattendu que le colmatage des craque lures superficielles puisse être effectué par calandrage à une température inférieure à la températare de fusion.
Les particules de la matière polymère, étant de caractère onc tueux, glissent apparemment les -unes sur les autres et remplissent les craquelures au mo ment du calandrage. L'oblitération de ces craquelures superficielles ne se fait pas si l'on chauffe à la température de fusion ou au-dessus sans calandrage préalable ou si le calandrage est effectué après chauffage à cette température. Il est bon que l'opération du calandrage soit effectuée au-dessous de 327 C et de préférence au-dessous de 315 C.
L'opération de chauffage finale peut être différée jusqu'à ce que le substratum soit clans sa phase ultime de fabrication. C'est ainsi, par exemple, qu'un tissai de verre pourvu d'un tel revêtement et séché petit être calandré comme indiqué ci-dessus, dé coupé en bandes, puis enroulé autour d'un conducteur, comme indiqué ci-dessous, et sou mis alors à une température à laquelle se produira la fusion des particules de la ma tière polymère, l'isolement électrique étant ainsi formé sur le conducteur.
Ceci peut être effectué en enveloppant un fil. aii moyen du tissu de verre revêtu, séché et calandré, en appliquant autour de ce revêtement un enroulement de fil ou de tresse de verre, puis en chauffant le conducteur ainsi enveloppé au moins à la température de fusion du poly mère ou copolymère de tétrafluoroéthylène.
On peut utiliser pour effectuer cet enve loppement les machines ordinaires employées pour l'enveloppement des fils. On peut encore appliquer une ou plu sieurs eouelies de la composition comprenant un polymère ou copolymère de tétrafluoro- éthy lène sur l'enroulement extérieur de verre avant. le stade final de fusion.
Le dessin annexé représente des exemples de conducteurs à. isolement, électrique formé conformément à l'invention. Dans les dessins, la. fig. 1 est une éléva tion latérale d'un conducteur électrique 1 possédant un seul enveloppement d'un ruban 3 en polymème ou copolymère de tétra.fluoro- éthylène (sans substratum), un tissu de verre muni du revêtement, un enroulement de tresse de verre 5, avant fusion.
La fig. \? est une section transversale sui vant la ligne \'-2 de la fig. 1, avec les mê mes signes de référence.
La fig. 3 est une section transversale montrant le conducteur électrique de la fig. 2 avec un enduit extérieur 7 d'une composi tion de revêtement sous forme de suspension d'un polymère ou copolymère de tétrafl.uoro- éthvlène.
La fig. 4 est une section transversale cor respondant à la fig. 2, montrant une va riante dans laquelle on a supprimé l'enve loppement intérieur 3 au moyen du ruban en polymère ou copolymère de tétrafluoroétliy- 1ène.
La fig. 5 est une élévation latérale mon trant une antre variante dans laquelle un câble à plusieurs fils 1 est enveloppé de deux rubans 3a et 3b en polymère ou copolymère de tétrafl.uoroéth5-l.ène, enroulés en sens inverse, de deux torsades enroulées en sens inverse d'un tissu de verre 4a et 4b, muni du revêtement, d'un enroulement de tresse de verre 5 et enfin d'un enduit 7 formé d'une suspension de polymère ou copolymère de tétrafluoroéthylène, avant fusion.
La fig. 6 est une section transversale suivant 6-6, fig.5, montrant la pénétra tion de polymère ou copolymère de tétra- fluoroéthylène dans les interstices du câble, après fusion. Les exemples suivants illustrent des modes de mise en oeuvre de la présente invention.
<I>Exemple 1:</I> On donne trois enduits au plongé à un tissu de verre à tissage perpendiculaire ayant les caractéristiques:
EMI0003.0003
rpaisseur <SEP> 50,8 <SEP> microns
<tb> Dimensions <SEP> du <SEP> fil <SEP> 900-1/2 (Par les chiffres 900-1/2 ou 900-1/0 on en tend Lui toron de 102 filaments, de 0,00023" de diamètre, tordus ensemble pour former un fil.
0 signifie fil simple; 2 signifie deux fils tordus ensemble.)
EMI0003.0005
Nombre <SEP> de <SEP> fils <SEP> 60X47
<tb> Grammes <SEP> par <SEP> mètre <SEP> carré <SEP> 48,5 <SEP> g au moyen de la suspension suivante:
EMI0003.0006
Polytétrafluoroéthylène <SEP> finement <SEP> divisé <SEP> 50 <SEP> J <SEP> en <SEP> poids
<tb> Dther <SEP> octyl-phényl-polyglycol, <SEP> par <SEP> exemple
<tb> l'éther <SEP> octylique <SEP> et <SEP> phénylique <SEP> du <SEP> diéthy lène <SEP> glycol <SEP> 4 <SEP> 1J10 <SEP> en <SEP> poids
<tb> Eau <SEP> 46 <SEP> J <SEP> en <SEP> poids Après chaque enduit au plongé on fait passer le tissu de verre enduit dans une tour c iiauffée dans laquelle la température de l'air est de 150 à.
205 C, ce qui évapore l'eau et provoque l'adhérence des particules de poly tétrafluoroéthylène entre elles et au tissu de verre d'une manière suffisante pour per mettre l'enroulement du tissu enduit sur un mandrin de 76 mm de diamètre, mais l'en duit contient de nombreuses craquelures superficielles. Ces trois enduits ont un poids (le 118 g par mètre carré et l'épaisseur moyenne du tissu enduit sec est de 114 mi e ions.
On chauffe alors le tissu enduit pendant une minute à 282-293 C, afin de souder les particules de la matière polymère entre elles; si l'on froisse énergiquement ce tissu, l'en duit se eraquèle et les craquelures superfi- eielles subsistent. On coupe le tissu en cinq morceaux, et à quatre d'entre eux on fait subir respective ment une, deux, trois et quatre passes entre des cylindres de pression lisses chauffés à 135-149 C sous une charge de 40 tonnes appliquée sur l'axe de 152,5 cm.
Le deuxième morceau est calandré une fois de chaque côté; le troisième est calandré une fois d'un côté et deux fois de l'autre et le quatrième deux fois de chaque côté; le cinquième mor ceau ne subit pas de calandrage.
On soumet. alors les quatre morceaux ca- landrés et le morceau non calandré, à titre de comparaison, à un chauffage à l'air pen dant une minute à 370-427 C, ce qui pro- @-oque la fusion de l'enduit.
Le tableau suivant indique les effets de l'opération de calandrage sur 'la résistance diélectrique du tissu de verre enduit.
EMI0003.0024
Epaisseur <SEP> moyenne <SEP> après <SEP> Résistance <SEP> diélectrique
<tb> Nombre <SEP> de <SEP> calandrages <SEP> calandrage <SEP> et <SEP> chauffage <SEP> (en <SEP> volts <SEP> par <SEP> mm)
<tb> final <SEP> (microns) <SEP> Moyenne <SEP> sur
<tb> min. <SEP> max. <SEP> 20 <SEP> mesures
<tb> 0 <SEP> (témoin) <SEP> 107 <SEP> 5620 <SEP> 14935 <SEP> 82<B>5</B>5
<tb> 1 <SEP> 84 <SEP> 5895 <SEP> 35565 <SEP> 10885
<tb> 2 <SEP> 85 <SEP> 6995 <SEP> 39695 <SEP> 13910
<tb> 3 <SEP> 82 <SEP> 7270 <SEP> 48535 <SEP> 22480
<tb> 4 <SEP> 85 <SEP> 21535 <SEP> 50225 <SEP> 35530 L'essai de résistance diélectrique appliqué e:;
t celui de l'American Society for Testing Jlaterials, désignation D-149-44 (voir ci- après), essai de courte durée, sous courant alternatif de 60 périodes, électrode en laiton de 6,35 mm, dans l'air.
Exemple <I>2:</I> On fait bouillir dans de l'eau contenant un agent. mouillant approprié un tissu de verre à tissage perpendiculaire comme celui de l'exemple 1, on rince et. on sèche, de ma nière à enlever tout apprêt. On le plonge alors dans la suspension suivante:
EMI0004.0003
Polytétrafluoroéthylène <SEP> finement <SEP> divisé <SEP> 53,61/o <SEP> en <SEP> poids
<tb> Sel <SEP> de <SEP> sodium <SEP> d'un <SEP> ester <SEP> formé <SEP> par <SEP> l'action
<tb> d'acide <SEP> sulfurique <SEP> sur <SEP> un <SEP> mélange <SEP> d'alcools
<tb> à <SEP> chaîne <SEP> longue, <SEP> principalement <SEP> d'alcool
<tb> laurique <SEP> (sel <SEP> de <SEP> sodium <SEP> du <SEP> sulfate <SEP> acide <SEP> de
<tb> lauryle) <SEP> 0,541/9 <SEP> en <SEP> poids
<tb> Fau <SEP> 45,86 <SEP> <B>(I#0'</B> <SEP> en <SEP> poids On fait, passer le tissu de verre enduit entre des cylindres d'essorage en caoutchouc de manière à. enlever l'excès d'enduit, puis dans un séchoir à 149-177 C, de -manière à évaporer l'eau.
Les interstices du tissu sont complètement colmatés, mais l'enduit des deux côtés du tissu présente de nombreuses craquelures superficielles .
On coupe le tissu dans le sens de la lon gueur en quatre bandes, la. première devant servir seulement de témoin et les trois autres étant soumises respectivement à deux, quatre et six ealandrages, sur chaque côté, dans une calandre hydraulique à cylindres fonction nant sous une charge de 50,8 tonnes appli quée sur l'axe et à la vitesse de 560 m par heure. Le cylindre supérieur de la calandre est en acier et chauffé à environ 143 C.'; le cylindre inférieur est en papier comprimé. L'enduit devient plus lisse à chaque passe successive. Dès la deuxième passe les craque lures superficielles ont presque disparu et elles disparaissent complètement après la quatrième.
On soumet alors les quatre bandes à une température de 309--410 C, à l'air, pendant une minute, ce qui provoque la fu sion de l'enduit. La résistance diélectrique du tissu de verre enduit est élevée, et de l'ordre de celles indiquées à l'exemple précédent.
<I>Exemple 3:</I> On prépare un autre morceau de tissu de verre enduit exactement comme dans l'exem ple 2, avec cette différence que le tissu est plongé à deux reprises dans la. composition de revêtement, avec un séchage intermédiaire. Comme dans l'exemple \?, les interstices sont complètement colmatés, mais l'enduit des deux côtés du tissu montre un grand nombre de craquelures superficielles .
On découpe ce tissu enduit en quatre bandes et on les traite comme dans l'exemple 2; voici les résultats obtenus:
EMI0004.0013
<I>Exemple <SEP> ,8:</I>
<tb> Bande <SEP> A <SEP> B <SEP> C <SEP> D
<tb> (témoin)
<tb> Nombre <SEP> de <SEP> calandrages <SEP> 0 <SEP> 4 <SEP> 6
<tb> Epaisseur <SEP> finale <SEP> (en <SEP> microns)
<SEP> 86 <SEP> 76 <SEP> 7(i <SEP> 76
<tb> Pourcentage <SEP> d'interstices <SEP> colmatés <SEP> 100 <SEP> 101 <SEP> 100 <SEP> 100
<tb> Caractère <SEP> lisse <SEP> de <SEP> la <SEP> surface <SEP> assez <SEP> bon <SEP> assez <SEP> bon <SEP> bon <SEP> bon
<tb> Bulles <SEP> superficielles <SEP> peu <SEP> peu <SEP> aucune <SEP> aucune
<tb> Craquelures <SEP> superficielles <SEP> beaucoup <SEP> peu <SEP> aucune <SEP> aucune
<tb> Résistance <SEP> hydrostatique <SEP> Mullen
<tb> (Mullen <SEP> Hydrostatic <SEP> resistance)
<tb> (kg/cm2) <SEP> 0 <SEP> 0,49 <SEP> 0,49 <SEP> 0,49
<tb> 4
EMI0005.0001
<I>Exemple <SEP> 3:
</I>
<tb> Bande <SEP> A <SEP> B <SEP> C <SEP> D
<tb> (témoin)
<tb> Nombre <SEP> de <SEP> calandrages <SEP> 0 <SEP> 2 <SEP> 4 <SEP> 6
<tb> Epaisseur <SEP> finale <SEP> (en <SEP> microns) <SEP> 109 <SEP> 94 <SEP> 94 <SEP> 94
<tb> Pourcentage <SEP> d'interstices <SEP> colmatés <SEP> 100 <SEP> 100 <SEP> 100 <SEP> 100
<tb> Caractère <SEP> lisse <SEP> de <SEP> la <SEP> surface <SEP> mauvais <SEP> mauvais <SEP> bon <SEP> bon
<tb> Bulles <SEP> superficielles <SEP> peu <SEP> peu <SEP> aucune <SEP> aucune
<tb> Craquelures <SEP> superficielles <SEP> très <SEP> nombreuses <SEP> peu <SEP> aucune <SEP> aucune
<tb> Résistance <SEP> hydrostatique <SEP> Mullen
<tb> (Mullen <SEP> Hydrostatique <SEP> resistance)
<tb> (lig/cm2) <SEP> 0 <SEP> 0,35 <SEP> 0,35 <SEP> 0,35 Comme dans l'exemple 1, la résistance diélectrique pour l'exemple 3 est élevée,
et ceci d'autant plus que le calandrage a été plus poussé. <I>Exemple 4:</I> Le tissu de verre utilisé présente les carac téristiques suivantes:
EMI0005.0003
Epaisseur <SEP> 38 <SEP> microns
<tb> Dimensions <SEP> du <SEP> fil <SEP> 900-1,/0
<tb> Nombre <SEP> de <SEP> filaments <SEP> par <SEP> fil <SEP> 102
<tb> Diamètre <SEP> du <SEP> fil <SEP> 37 <SEP> microns
<tb> Nombre <SEP> de <SEP> fils <SEP> 56 <SEP> X <SEP> 56
<tb> Grammes <SEP> par <SEP> m2 <SEP> 23,9 <SEP> g On plonge ce tissu à trois reprises dans la suspension suivante:
EMI0005.0004
Polytétrafluoroéthylène <SEP> 40,0% <SEP> en <SEP> poids
<tb> Sel <SEP> sodique <SEP> d'un <SEP> ester <SEP> formé <SEP> par <SEP> action
<tb> d'acide <SEP> sulfurique <SEP> sur <SEP> un <SEP> mélange <SEP> d'alcools
<tb> à <SEP> chaîne <SEP> longue, <SEP> principalement <SEP> alcool <SEP> lau rique <SEP> 0,4 <SEP> % <SEP> en <SEP> poids
<tb> Eau <SEP> 59,6 <SEP> % <SEP> en <SEP> poids Après chaque immersion, on fait passer le tissu de verre enduit dans une tour chauffée dans laquelle la température de l'air est d'environ 1050C, ce qui provoque l'évaporation du milieu de suspension et pro mque l'adhérence des particules de matière polymère entre elles et au tissu de verre d'une manière suffisante pour permettre l'en roulement du tissu enduit sur des mandrins.
Ces trois enduits forment un dépôt de 105,5 g < le matières non volatiles par mètre carré. Il se produit au cours du séchage des craque lures superficielles microscopiques.
On fait passer le tissu ainsi enduit dans une zone de chauffage dans laquelle la tem pérature de l'air est d'environ 282 C, puis à deux reprises entre des cylindres exerçant une pression comme précédemment décrit, eliauffés à environ 143 C, sur un côté, puis sur l'autre, de manière à lisser l'enduit, col mater les craquelures superficielles et améliorer l'adhérence de l'enduit ait tissu de verre.
On soumet alors le tissu de verre à une température d'air d'environ 399-410 C pen dant une minute, ce qui provoque la fusion de l'enduit.
On coupe le tissu ainsi enduit en bandes de.<B>12,5</B> mm de large environ; cette bande est d'une application satisfaisante pour l'enve loppement des conducteurs électriques au moyen des installations mécaniques d'enve loppement des fils, sans étirage ou plissure de la bande.
Le tissu de verre ainsi enduit de poly- tétrafluoroéthylène, soumis à l'essai de résis tance diélectrique au moyen de la méthode A. S. T. M. N D-149-44 (voir ci-après), essai de courte durée, dans l'air, sous courant alternatif de 60 périodes, manifeste une résistance de 11400 volts par millimètre d'épaisseur avec une électrode de laiton de 25,4 mm et une résistance de 1.5 250 volts par millimètre d'épaisseur avec une électrode de laiton de 6,35 mm.
Dans le mode de mise en aeuvre préféré (exemple 1), le tissu de verre enduit est chauffé à deux reprises avant calandrage entre les cylindres compresseurs chauffés. Le premier chauffage est effectué immédiate ment après chaque dépôt d'enduit à une tem pérature relativement faible (149-204 C), de telle sorte que l'eau s'élimine sans former de bulles ou de trous d'épingle dans l'enduit.
Si l'on chauffait -Lui enduit d'un polymère ou copolymère de tétrafluoroéthylène au voisi nage de son point de fusion, un nouvel enduit ne mouillerait pas facilement l'enduit sec et l'accumulation de matière non volatile par couche d'enduit serait beaucoup moindre que dans le cas du séchage de l'enduit précédent à une température plus faible. Le second chauffage, entre 283 et 293 C, améliore la résistance mécanique de l'enduit, facilite le bobinage sur les mandrins avant et pendant le calandrage sans briser ou écailler l'enduit.
Le second chauffage doit être assez élevé pour provoquer la soudure partielle des particules de polymère sous forme d'une pelli cule de faible résistance mécanique, mais sen siblement au-dessous de la température de fusion, car dans ce cas le calandrage qui suit ne colmaterait pas les craquelures super ficielles .
On peut supprimer ces deux opérations de chauffage et sécher simplement l'enduit à la température ordinaire, calandrer et chauffer à la température de fusion.
On peut enduire ou imprégner d'autres substratums, tels que les étoffes de verre non tissées et les étoffes d'amiante non tis sées, les tissus métalliques tissés et les feuilles métalliques souples ou rigides, pourvu que le substratum puisse résister à la température élevée nécessaire pour fondre finalement le polymère ou copolymère de tétrafluoroéthy- lène. On donne la préférence aux tissus de verre en raison de leurs propriétés physiques et électriques.
Exemple <I>5:</I> Un conducteur du calibre 1.6 formé de 10 fils de cuivre argentés, chacun du calibre 29 (calibre américain de fil), légèrement retordus de manière à former un faisceau compact, reeoit deux enroulements en sens inverse an moyen d'un ruban de polytétra- fluoroéthylène de 76 microns d'épaisseur et de 1,''l;
7 mm de large au moyen d'une ma chine ordinaire appropriée. Avec un recouvre ment de 50 %, chacun des enroulements recouvre le conducteur de deux couches de 152 microns de ruban de polytétrafluoro- éthylène, soit au total une épaisseur de 304 microns.
Tn utilisant la même machine et en effec tuant l'opération immédiatement. après l'opé ration d'enveloppement au moyen du ruban de polytétrafluoroétliylène, on enveloppe le noyau de deux enroulements en sens inverse du ruban en tissu de verre enduit, séché et. calandré, de l'exemple -1, avec recouvrement de 50 lo. L'épaisseur totale de ces enveloppe ments est de 264 microns, de telle sorte que l'épaisseur totale du ruban de polytétrafluoro- éthylène et du tissu de verre enduit est de .568 microns.
Immédiatement après cette opération, on recouvre le noyau d'une tresse au moyen d'une machine ad hoc, de la manière ordi naire, à l'aide de fibres de verre ECD-150-112-3 de l'Owens-Corning Fiberglas Corporation, sous forme d'une tresse continue.
Le fil enveloppé et recouvert de la tresse passe alors une fois, à. la vitesse de<B>5,1</B> mètres par minute environ, dans un four de 6 mètres de long chauffé à. 482 C, puis est bobiné. Cette opération provoque la fusion de l'iso lant sous forme d'une couche isolante con tinue d'une résistance de rupture diélec trique élevée et d'une forte résistance l'abrasion, mais facile à détacher pour pro céder aux épissures. Cette enveloppe ne glisse pas le long du conducteur, ne s'éraille ni ne se déroule.
Exemple <I>6:</I> On prépare le produit de cet exemple conformément à l'exemple 5, à cela près que, après pose de la tresse autour du conducteur, on donne six enduits au moyen d'une suspen sion de la composition suivante:
EMI0007.0002
Polytétrafluoroéthylène <SEP> finement <SEP> divisé <SEP> 20 <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids
<tb> Sel <SEP> sodique <SEP> d'un <SEP> ester <SEP> formé <SEP> par <SEP> action
<tb> d'acide <SEP> sulfurique <SEP> sur <SEP> un <SEP> mélange <SEP> d'alcools
<tb> à <SEP> chaîne <SEP> longue, <SEP> principalement <SEP> d'alcool
<tb> laurique <SEP> 0,8 <SEP> partie <SEP> en <SEP> poids
<tb> Eau <SEP> 79,2 <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids L'ensemble est alors chauffé comme dans l'exemple 5.
Voici les résultats pour ce qui concerne la résistance au grattage et la résistance diélectrique de rupture:
EMI0007.0003
Résistance <SEP> Résistance <SEP> diélec à <SEP> l'abrasion <SEP> trique <SEP> de <SEP> rupture
<tb> (cycles) <SEP> (volts <SEP> totaux)
<tb> Produit <SEP> de
<tb> l'exemple <SEP> 6 <SEP> 1668 <SEP> 14500
<tb> Fil <SEP> B <SEP> 41 <SEP> 9000 Le fil B est un câble comportant quatre enroulements en ruban de polytétrafluoro- éthylène (épaisseur 76 microns, largeur 12,5 mm) alternativement de gauche à droite fit <I>de</I> droite à gauche.
Avec un recouvrement de 50 /0, chaque enveloppement recouvre le fil < le deux épaisseurs de 76 microns, soit 152 mi crons, de ruban de polytétrafluoroéthylène, ce qui donne une épaisseur totale clé ruban de polytétrafluoroéthylène de 608 microns. Ce noyau est alors recouvert d'une tresse en fil de verre continue que l'on munit ensuite clé six couches d'enduit de la suspension aqueuse décrite précédemment, puis est chauffé jusqu'à fusion du polytétrafluoro- ét.hylène.
Alors que le produit de l'exemple 6 et le fil B possèdent une épaisseur d'isolant com parable, le fil B ne comporte pas de ruban en tissu de verre revêtu.
L'essai d'abrasion s'effectue au moyen d'un appareil connu généralement sous le nom de cage d'écureuil qui frotte d'une ma nière répétée la surface du conducteur isolé au moyen d'une série de barreaux métal- ligues rectangulaires à bords vifs, montés sur un châssis cylindrique. Le fil isolé est appli qué contre ces barreaux au moyen d'un poids de 453 g. Les barres et le conducteur sont reliés aux pôles opposés d'une source d'électricité et la résistance à l'abrasion est évaluée en nombre de cycles (un grattage aller et un grattage retour par arc de 180 ) nécessaires pour user l'isolant et provoquer le contact électrique.
La résistance diélectrique de rupture s'évalue au moyen de l'essai spécial A. S. T. M. D-149-44.
On plonge une section isolée de l'échan tillon dans une solution aqueuse de chlorure de sodium (5 %) et d'agent mouillant (1%). L'agent mouillant est un sel sodique d'un ester formé par l'action d'acide sulfurique sur un mélange d'alcools à chaîne longue dans lequel l'alcool laurique prédomine.
Le point de rupture diélectrique est déterminé en utilisant ce conducteur isolé immergé en guise d'électrode, en introduisant une autre électrode dans la solution et en appliquant un potentiel électrique croissant jusqu'à forma tion d'un arc électrique.
On a décrit la formation de l'isolement sur des fils de cuivre, mais l'invention est également applicable à d'autres conducteurs et semi-conducteurs électriques. Les dimen sions du fil peuvent varier dans de larges proportions, du fil le plus fin que l'on puisse envelopper au moyen d'un ruban de poly- tétrafluoroéthylène et de tissu de verre revêtu aux câbles à plusieurs fils, baguettes et barres de toutes dimensions commerciales.
Quand on utilise un copolymère, il est préférable que ce soit un copolymère de tétrafluoroéthyléne et de l'éthylène, et parti culièrement un polymère de ce type conte- nant de 60 à 85 % de tétrafluoroéthylène et de 40 à 1.5 % d'éthylène.
La température du four en vue de la fu sion du ruban de polymère ou copolymère de tétrafluoroéthylène sous forme d'un enduit d'une seule pièce et continu varie avec la vitesse linéaire du conducteur isolé, la lon gueur du four, le diamètre et le type du conducteur et la matière particulière utilisée. La température minimum nécessaire à la fusion du polytétrafluoroéthylène est de 327 C, mais la température nécessaire pour fondre un copolymère dépend de la propor tion et du genre de l'autre monomère utilisé, et elle est un peu inférieure. La température maximum utilisable dans les deux cas est celle à laquelle se produit une décomposition indésirable, c'est-à-dire environ. 500 C sui vant les variables susmentionnées.
La tempé rature minimum à employer pour amener le ruban en polymère ou copolymère de tétra- fluoroéthylène sous forme d'un enduit con tinu est au moins la température de fusion de cette matière et dépend principalement du degré de serrage de la tresse de verre, de l'épaisseur du ruban et de la composition du polymère. Une enveloppe extérieure en verre assez lâche donne plus d'espace pour la dila tation avant que se forme une pression, tan dis qu'une enveloppe serrée ne laisse pra tiquement pas d'espace libre, de telle sorte que la pression se développe dès une légère élévation de température. On doit donc éviter un enveloppement en verre extrêmement serré pour éviter la production de tensions indési rables dans l'isolant.
On peut utiliser les fours ordinaires d'émaillage des fils ou d'autres moyens variés d'apport de chaleur et de réglage de tempé rature.
On peut appliquer dans la présente inven tion de nombreuses combinaisons, par exem ple une ou plusieurs couches de ruban en polymère ou copolymère de tétrafluoro- éthylène et/ou une ou plusieurs couches de tissu de verre enduit; les couches peuvent être appliquées par bobinage dans le même sens ou en sens opposés; le ruban et le tissu de verre enduit peuvent être d'une largeur quelconque et enroulés sous un angle quel conque convenable ou de toute manière conve nable pour produire le degré de recouvre ment voulu; le ruban en tissu de verre enduit peut être d'une dimension et. d'un tis sage quelconques appropriés.
Quand on applique sur la tresse de verre une composition de revêtement liquide en polymère ou copolymère de tétrafluoroéthy- lène, la teneur en solides de cette composition peut varier entre des limites éloignées, de manière à diminuer ou à augmenter l'épais seur de la pellicule formée; les limites préfé- rées sont de 30 et de 70 % en solides.
L'invention permet de former un isole ment électrique continu, résistant à la cha leur, relativement mince, mécaniquement résistant, résistant à l'eau et à la carbonisa tion, chimiquement inerte, insoluble, souple, adhérent au conducteur et. d'une résistance électrique et à l'abrasion inattendue. Cet isolement ne présente ni trous ni espaces vides; il ne se déroule pas et ne se sépare pas par couches. Il possède également une grande résistance à la rupture, ce qui empêche la formation de court-circuits par coupure de l'isolant quand des fils sont fortement serrés les uns contre les autres.
La couche isolante ne glisse pas le long du conducteur en for mant des amas localisés, mais si on l'enlève du fil pour établir une connexion, la surface exposée du fil est propre. Elle ne comporte pas de matières étrangères possédant des caractères moins bons, ce qui est souvent le cas de conducteurs similaires isolés par en roulements. Ces conducteurs isolés peuvent être manipulés plus brutalement., enroulés plus serrés et avec moins de précautions dans la formation des bobines, sans danger d'en dommager la couche isolante.
Dans les câbles retordus contenant plusieurs fils séparés ou dans ceux contenant plusieurs éléments à plusieurs fils, la matière polymère entre d'elle-même de force dans les interstices en remplaçant l'air par une matière très diélec- trique en noyant le câble dans l'isolant, ce qu'on ne peut. obtenir dans un procédé ordi naire d'isolement par enveloppement.
Les fils isolés conformément au procédé de la présente invention sont particulièrement intéressants dans les cas exigeant une longue durée et la résistance à la chaleur, à l'oxy dation, aux conditions corrosives, aux sol vants, à l'essence, aux lubrifiants, comme. par exemple pour les bobinages d'électro-aimants.
Method of forming an electrical insulation. The present invention relates to a method of forming an electrical insulation by employing a polymer or copolymer of tetrafluoroethylene. Polytetrafluoroethylene is a relatively new polymeric film forming material which has certain remarkable properties such as insolubility in all known solvents, resistance to very high temperatures which are detrimental to all other known film forming substances, abrasion resistance and unusual electrical properties such as high dielectric strength,
high insulating power and extremely low dielectric losses. Copolymers of tetrafluoroethylene, in particular those where the latter is strongly predominant, exhibit similar properties.
These are (copolymers of tetrafluoroethylene with one or more polymerizable organic compounds containing an ethylene double bond, such as ethylene, vinyl chloride, vinylidene chloride and the aleoyl esters of acrylic and methacrylic acids. 1 ic.
To employ these polymers or copolymers, it is possible to prepare dilute aqueous suspensions of these compounds in the colloidal state, and then to concentrate them by electrodecantation to make them more useful as coating compositions: These aqueous suspensions can be applied as follows: centered on surfaces by many methods used for ordinary coating compositions, the evaporation of the suspending medium causing the particles to adhere to each other and to the surfaces.
In the process for forming an electrical insulation according to the invention, a coating of an aqueous suspension of a tetrafluoroethylene polymer or copolymer is applied to a heat-resistant substrate, the mixture is evaporated off. a suspension medium, the coated substrate is subjected to calendering and heated to at least the melting temperature of said polymer or copolymer.
It often forms on the surfaces of substratums coated with aqueous suspensions of the type indicated and concentrated, once the coating has dried, microscopic cracks known as surface cracks. The tendency to form larger cracks is greater the thicker the skin.
These cracks can be conveniently avoided while forming a. coating of the desired thickness by calendering, after evaporation of the suspension medium, the substrate coated, preferably between unheated or moderately heated rolls, the coated substratum then being heated as indicated. This calendering has the effect of obliterating the cracks and the final heating operation at least at. the melting point of the polymer or copolymer welds the particles together, forming a strong and adherent film which does not give cracks when it is strongly bent or when it is crumpled.
Considering the melting temperature of the material employed (327 ° C. for polytetrafluoroethylene), it is surprising and quite unexpected that the sealing of the surface cracks can be carried out by calendering at a temperature below the melting temperature.
The particles of the polymeric material, being lubricious in character, apparently slide over each other and fill in the cracks during calendering. The obliteration of these surface cracks does not take place if heating to the melting temperature or above without prior calendering or if calendering is carried out after heating to this temperature. It is convenient that the calendering operation be carried out below 327 C and preferably below 315 C.
The final heating operation may be postponed until the substratum is in its final stage of manufacture. Thus, for example, a glass cloth provided with such a coating and dried can be calendered as indicated above, cut into strips, and then wrapped around a conductor, as indicated below, and then subjected to a temperature at which the melting of the particles of the polymer material will take place, the electrical insulation being thus formed on the conductor.
This can be done by wrapping a wire. by means of the coated, dried and calendered glass fabric, by applying around this coating a winding of wire or of glass braid, then by heating the conductor thus enveloped to at least the melting temperature of the poly mother or copolymer of tetrafluoroethylene.
Ordinary machines used for wrapping yarns can be used for this wrapping. One or more coils of the composition comprising a tetrafluoroethylene polymer or copolymer can also be applied to the outer front glass winding. the final stage of fusion.
The accompanying drawing shows examples of conductors to. insulation, electrical formed in accordance with the invention. In the drawings, the. fig. 1 is a side elevation of an electrical conductor 1 having a single wrapping of a tape 3 of tetra.fluoroethylene polymer or copolymer (without substratum), a coated glass fabric, a winding of glass braid 5, before fusion.
Fig. \? is a cross section along the line \ '- 2 of FIG. 1, with the same reference signs.
Fig. 3 is a cross section showing the electrical conductor of FIG. 2 with an outer coating 7 of a coating composition in the form of a suspension of a polymer or copolymer of tetrafl.uoro-ethylene.
Fig. 4 is a cross section corresponding to FIG. 2, showing a variant in which the inner shell 3 has been removed by means of the tape of tetrafluoroethylene polymer or copolymer.
Fig. 5 is a side elevation showing another variant in which a multi-wire cable 1 is wrapped with two tapes 3a and 3b of tetrafl.uoroeth5-l.ene polymer or copolymer, wound in reverse direction, with two twists wound in direction reverse of a glass fabric 4a and 4b, provided with the coating, a winding of glass braid 5 and finally a coating 7 formed of a suspension of tetrafluoroethylene polymer or copolymer, before melting.
Fig. 6 is a cross section on 6-6, fig.5, showing the penetration of tetrafluoroethylene polymer or copolymer into the interstices of the cable, after melting. The following examples illustrate embodiments of the present invention.
<I> Example 1: </I> We give three plasters to a perpendicular weave glass fabric having the characteristics:
EMI0003.0003
thickness <SEP> 50.8 <SEP> microns
<tb> Dimensions <SEP> of the <SEP> wire <SEP> 900-1 / 2 (By the numbers 900-1 / 2 or 900-1 / 0 we tend to Him strand of 102 filaments, 0.00023 "of diameter, twisted together to form a wire.
0 means single wire; 2 means two wires twisted together.)
EMI0003.0005
Number <SEP> of <SEP> children <SEP> 60X47
<tb> Grams <SEP> per <SEP> meter <SEP> square <SEP> 48.5 <SEP> g by means of the following suspension:
EMI0003.0006
Polytetrafluoroethylene <SEP> finely <SEP> divided <SEP> 50 <SEP> J <SEP> in <SEP> weight
<tb> Dther <SEP> octyl-phenyl-polyglycol, <SEP> by <SEP> example
<tb> octyl <SEP> ether <SEP> and <SEP> phenyl <SEP> of <SEP> diethylene <SEP> glycol <SEP> 4 <SEP> 1J10 <SEP> in <SEP> weight
<tb> Water <SEP> 46 <SEP> J <SEP> in <SEP> weight After each plaster, the coated glass fabric is passed through a heated tower in which the air temperature is 150 to .
205 C, which evaporates the water and causes the polytetrafluoroethylene particles to adhere to each other and to the glass fabric in a manner sufficient to allow the coated fabric to be wound onto a 76 mm diameter mandrel, but the product contains numerous superficial cracks. These three coatings have a weight (the 118 g per square meter and the average thickness of the dry coated fabric is 114 mi e ions.
The coated fabric is then heated for one minute at 282-293 C, in order to weld the particles of the polymeric material together; if this fabric is vigorously crumpled, the product will scuff and the surface cracks remain. The fabric is cut into five pieces, and four of them are passed one, two, three and four passes respectively between smooth pressure cylinders heated to 135-149 C under a load of 40 tons applied to the fabric. 152.5 cm axle.
The second piece is calendered once on each side; the third is calendered once on one side and twice on the other and the fourth twice on each side; the fifth piece does not undergo calendering.
We submit. then the four calendered pieces and the uncalendered piece, for comparison, were heated in air for one minute at 370-427 ° C, causing the coating to melt.
The following table indicates the effects of the calendering operation on the dielectric strength of the coated glass fabric.
EMI0003.0024
Average thickness <SEP> <SEP> after <SEP> Dielectric strength <SEP>
<tb> Number <SEP> of <SEP> calendering <SEP> calendering <SEP> and <SEP> heating <SEP> (in <SEP> volts <SEP> by <SEP> mm)
<tb> final <SEP> (microns) <SEP> Average <SEP> on
<tb> min. <SEP> max. <SEP> 20 <SEP> measures
<tb> 0 <SEP> (witness) <SEP> 107 <SEP> 5620 <SEP> 14935 <SEP> 82 <B> 5 </B> 5
<tb> 1 <SEP> 84 <SEP> 5895 <SEP> 35565 <SEP> 10885
<tb> 2 <SEP> 85 <SEP> 6995 <SEP> 39695 <SEP> 13910
<tb> 3 <SEP> 82 <SEP> 7270 <SEP> 48535 <SEP> 22480
<tb> 4 <SEP> 85 <SEP> 21535 <SEP> 50225 <SEP> 35530 The applied dielectric strength test :;
t that of the American Society for Testing Jlaterials, designation D-149-44 (see below), short-term test, under 60 cycle alternating current, 6.35 mm brass electrode, in air.
Example <I> 2: </I> It is boiled in water containing an agent. Appropriately wetting a perpendicular weave glass fabric like that of Example 1, rinsing and. it is dried, so as to remove all primer. It is then plunged into the following suspension:
EMI0004.0003
Polytetrafluoroethylene <SEP> finely <SEP> divided <SEP> 53.61 / o <SEP> in <SEP> weight
<tb> Salt <SEP> of <SEP> sodium <SEP> of a <SEP> ester <SEP> formed <SEP> by <SEP> action
<tb> <SEP> sulfuric acid <SEP> on <SEP> a <SEP> mixture <SEP> of alcohols
<tb> to <SEP> string <SEP> long, <SEP> mostly alcohol <SEP>
<tb> lauric <SEP> (salt <SEP> of <SEP> sodium <SEP> of <SEP> sulfate <SEP> acid <SEP> of
<tb> lauryle) <SEP> 0.541 / 9 <SEP> in <SEP> weight
<tb> Fau <SEP> 45,86 <SEP> <B> (I # 0 '</B> <SEP> in <SEP> weight We make, pass the coated glass fabric between rubber wringing cylinders so as to remove the excess plaster, then in a dryer at 149-177 ° C., so as to evaporate the water.
The interstices in the fabric are completely sealed, but the coating on both sides of the fabric has numerous surface cracks.
The fabric is cut lengthwise into four strips, the. first to serve only as a witness and the three others being subjected respectively to two, four and six ealandrages, on each side, in a hydraulic calender with cylinders operating under a load of 50.8 tons applied to the axis and to the speed of 560 m per hour. The upper cylinder of the calender is made of steel and heated to about 143 ° C. '; the lower cylinder is made of compressed paper. The coating becomes smoother with each successive pass. From the second pass, the superficial cracks have almost disappeared and they disappear completely after the fourth.
The four strips are then subjected to a temperature of 309--410 C, in air, for one minute, causing the plaster to melt. The dielectric strength of the coated glass fabric is high, and of the order of those indicated in the previous example.
<I> Example 3: </I> Another piece of coated glass fabric is prepared exactly as in Example 2, with the difference that the fabric is dipped twice in the. coating composition, with intermediate drying. As in the example \ ?, the interstices are completely sealed, but the coating on both sides of the fabric shows a large number of surface cracks.
This coated fabric is cut into four strips and treated as in Example 2; here are the results obtained:
EMI0004.0013
<I> Example <SEP>, 8: </I>
<tb> Band <SEP> A <SEP> B <SEP> C <SEP> D
<tb> (witness)
<tb> Number <SEP> of <SEP> calendering <SEP> 0 <SEP> 4 <SEP> 6
<tb> Final <SEP> thickness <SEP> (in <SEP> microns)
<SEP> 86 <SEP> 76 <SEP> 7 (i <SEP> 76
<tb> Percentage <SEP> of interstices <SEP> clogged <SEP> 100 <SEP> 101 <SEP> 100 <SEP> 100
<tb> Smooth <SEP> character <SEP> from <SEP> the <SEP> surface <SEP> fairly <SEP> good <SEP> fairly <SEP> good <SEP> good <SEP> good
<tb> Superficial <SEP> bubbles <SEP> little <SEP> little <SEP> none <SEP> none
<tb> Superficial <SEP> cracks <SEP> a lot <SEP> little <SEP> none <SEP> none
<tb> Resistance <SEP> hydrostatic <SEP> Mullen
<tb> (Mullen <SEP> Hydrostatic <SEP> resistance)
<tb> (kg / cm2) <SEP> 0 <SEP> 0.49 <SEP> 0.49 <SEP> 0.49
<tb> 4
EMI0005.0001
<I> Example <SEP> 3:
</I>
<tb> Band <SEP> A <SEP> B <SEP> C <SEP> D
<tb> (witness)
<tb> Number <SEP> of <SEP> calendering <SEP> 0 <SEP> 2 <SEP> 4 <SEP> 6
<tb> Final <SEP> thickness <SEP> (in <SEP> microns) <SEP> 109 <SEP> 94 <SEP> 94 <SEP> 94
<tb> Percentage <SEP> of interstices <SEP> clogged <SEP> 100 <SEP> 100 <SEP> 100 <SEP> 100
<tb> Smooth <SEP> character <SEP> from <SEP> the <SEP> surface <SEP> bad <SEP> bad <SEP> good <SEP> good
<tb> Superficial <SEP> bubbles <SEP> little <SEP> little <SEP> none <SEP> none
<tb> Superficial <SEP> cracks <SEP> very <SEP> numerous <SEP> few <SEP> none <SEP> none
<tb> Resistance <SEP> hydrostatic <SEP> Mullen
<tb> (Mullen <SEP> Hydrostatic <SEP> resistance)
<tb> (lig / cm2) <SEP> 0 <SEP> 0.35 <SEP> 0.35 <SEP> 0.35 As in example 1, the dielectric strength for example 3 is high,
and this all the more so as the calendering has been more extensive. <I> Example 4: </I> The glass fabric used has the following characteristics:
EMI0005.0003
Thickness <SEP> 38 <SEP> microns
<tb> Dimensions <SEP> of the <SEP> wire <SEP> 900-1, / 0
<tb> Number <SEP> of <SEP> filaments <SEP> by <SEP> thread <SEP> 102
<tb> Diameter <SEP> of the <SEP> wire <SEP> 37 <SEP> microns
<tb> Number <SEP> of <SEP> children <SEP> 56 <SEP> X <SEP> 56
<tb> Grams <SEP> per <SEP> m2 <SEP> 23.9 <SEP> g This tissue is dipped three times in the following suspension:
EMI0005.0004
Polytetrafluoroethylene <SEP> 40.0% <SEP> in <SEP> weight
<tb> Salt <SEP> sodium <SEP> of a <SEP> ester <SEP> formed <SEP> by <SEP> action
<tb> <SEP> sulfuric acid <SEP> on <SEP> a <SEP> mixture <SEP> of alcohols
<tb> to <SEP> long <SEP> string, <SEP> mainly <SEP> alcohol <SEP> lauric <SEP> 0.4 <SEP>% <SEP> in <SEP> weight
<tb> Water <SEP> 59.6 <SEP>% <SEP> in <SEP> weight After each immersion, the coated glass fabric is passed through a heated tower in which the air temperature is approximately 1050C, which causes evaporation of the suspending medium and causes the particles of polymeric material to adhere to each other and to the glass fabric in a manner sufficient to allow the coated fabric to roll on mandrels.
These three coatings form a deposit of 105.5 g <non-volatile matter per square meter. Microscopic superficial cracks occur during drying.
The fabric thus coated is passed through a heating zone in which the air temperature is about 282 C, then twice between rollers exerting pressure as previously described, heated to about 143 C, on a side, then on the other, so as to smooth the coating, collar to mat the surface cracks and improve the adhesion of the coating to the glass fabric.
The glass fabric is then subjected to an air temperature of about 399-410 C for one minute, which causes the coating to melt.
The fabric thus coated is cut into strips approximately. <B> 12.5 </B> mm wide; this strip is of a satisfactory application for the enveloping of electrical conductors by means of mechanical installations for enveloping the son, without stretching or creasing of the strip.
The glass fabric thus coated with polytetrafluoroethylene, subjected to the dielectric strength test by means of the method ASTM N D-149-44 (see below), short-term test, in air, under 60 cycle alternating current, manifests a resistance of 11,400 volts per millimeter of thickness with a 25.4mm brass electrode and a resistance of 1.5,250 volts per millimeter of thickness with a 6.35mm brass electrode.
In the preferred embodiment (Example 1), the coated glass fabric is heated twice before calendering between the heated compressor rolls. The first heating is carried out immediately after each plaster application at a relatively low temperature (149-204 C), so that the water is removed without forming bubbles or pinholes in the plaster. .
If we heated it coated with a tetrafluoroethylene polymer or copolymer to the vicinity of its melting point, a new coating would not easily wet the dry coating and the accumulation of non-volatile material by coating layer would be much less than in the case of drying the previous plaster at a lower temperature. The second heating, between 283 and 293 C, improves the mechanical strength of the coating, facilitates winding on the mandrels before and during calendering without breaking or chipping the coating.
The second heating must be high enough to cause the partial welding of the polymer particles in the form of a film of low mechanical strength, but significantly below the melting temperature, because in this case the calendering which follows would not clog. no superficial cracks.
These two heating operations can be omitted and the coating simply dried at room temperature, calendering and heating to the melting temperature.
Other substrates can be coated or impregnated, such as non-woven glass cloths and non-woven asbestos cloths, woven metal fabrics and flexible or rigid metal sheets, provided the substrate can withstand the elevated temperature. necessary to finally melt the tetrafluoroethylene polymer or copolymer. Glass fabrics are preferred because of their physical and electrical properties.
Example <I> 5: </I> A 1.6 gauge conductor formed of 10 silver copper wires, each of 29 gauge (American wire gauge), slightly twisted to form a compact bundle, receives two windings in opposite direction by means of a polytetrafluoroethylene tape 76 microns thick and 1.1 '' l;
7 mm wide using a suitable ordinary machine. With 50% coverage, each of the windings covers the conductor with two 152 micron layers of polytetrafluoroethylene tape, for a total thickness of 304 microns.
Using the same machine and performing the operation immediately. after the wrapping operation by means of the polytetrafluoroetliylene tape, the core is wrapped with two windings in the opposite direction with the coated, dried and glass fabric tape. calendered, of Example -1, with an overlap of 50 lo. The total thickness of these wraps is 264 microns, so that the total thickness of the polytetrafluoroethylene tape and coated glass fabric is .568 microns.
Immediately after this operation, the core is covered with a braid by means of an ad hoc machine, in the ordinary manner, using ECD-150-112-3 glass fibers from Owens-Corning Fiberglas Corporation, in the form of a continuous braid.
The wire wrapped and covered with the braid then passes once, to. the speed of <B> 5.1 </B> meters per minute approximately, in a 6 meter long oven heated to. 482 C, then is wound. This operation causes the insulation to melt into a continuous insulating layer of high dielectric strength and abrasion resistance, but easy to peel off for splicing. This envelope does not slide along the conductor, scratch or unwind.
Example <I> 6: </I> The product of this example is prepared in accordance with Example 5, except that, after placing the braid around the conductor, six coatings are given by means of a suspension of the following composition:
EMI0007.0002
Polytetrafluoroethylene <SEP> finely <SEP> divided <SEP> 20 <SEP> parts <SEP> in <SEP> weight
<tb> Salt <SEP> sodium <SEP> of a <SEP> ester <SEP> formed <SEP> by <SEP> action
<tb> <SEP> sulfuric acid <SEP> on <SEP> a <SEP> mixture <SEP> of alcohols
<tb> to <SEP> string <SEP> long, <SEP> mostly alcohol <SEP>
<tb> laurique <SEP> 0.8 <SEP> part <SEP> in <SEP> weight
<tb> Water <SEP> 79.2 <SEP> parts <SEP> in <SEP> weight The assembly is then heated as in example 5.
Here are the results for scratch resistance and dielectric strength at break:
EMI0007.0003
Resistance <SEP> Resistance <SEP> dielec to <SEP> abrasion <SEP> tric <SEP> of <SEP> rupture
<tb> (cycles) <SEP> (total <SEP> volts)
<tb> Product <SEP> of
<tb> the example <SEP> 6 <SEP> 1668 <SEP> 14500
<tb> Wire <SEP> B <SEP> 41 <SEP> 9000 Wire B is a cable comprising four windings of polytetrafluoroethylene tape (thickness 76 microns, width 12.5 mm) alternately from left to right fit <I > from </I> right to left.
With an overlap of 50/0, each wrap covers the yarn <the two thicknesses of 76 microns, or 152 microns, with polytetrafluoroethylene tape, resulting in a total polytetrafluoroethylene tape thickness of 608 microns. This core is then covered with a braid of continuous glass wire which is then provided with six layers of coating of the aqueous suspension described above, and is then heated until the polytetrafluoroethylene melts.
While the product of Example 6 and wire B have a comparable thickness of insulation, wire B does not have a coated glass fabric tape.
The abrasion test is carried out by means of an apparatus generally known as a squirrel cage which repeatedly rubs the surface of the insulated conductor by means of a series of rectangular metal bars. with sharp edges, mounted on a cylindrical frame. The insulated wire is applied against these bars by means of a weight of 453 g. The bars and conductor are connected to opposite poles of a source of electricity and abrasion resistance is rated in the number of cycles (one up and one return scrape per arc of 180) required to wear out the insulation and cause electrical contact.
The dielectric strength at break is evaluated by means of the special test A. S. T. M. D-149-44.
An isolated section of the sample is immersed in an aqueous solution of sodium chloride (5%) and wetting agent (1%). The wetting agent is a sodium salt of an ester formed by the action of sulfuric acid on a mixture of long-chain alcohols in which lauryl alcohol predominates.
The dielectric breakdown point is determined by using this submerged insulated conductor as an electrode, inserting another electrode into the solution, and applying an increasing electrical potential until an electric arc is formed.
The formation of the insulation on copper wires has been described, but the invention is also applicable to other electrical conductors and semiconductors. The dimensions of the wire can vary widely, from the finest wire that can be wrapped with poly-tetrafluoroethylene tape and coated glass cloth to multi-wire cables, rods and bars of all kinds. commercial dimensions.
When a copolymer is used, it is preferable that it is a copolymer of tetrafluoroethylene and ethylene, and especially such a polymer containing 60 to 85% tetrafluoroethylene and 40 to 1.5% ethylene.
The furnace temperature for melting the tetrafluoroethylene polymer or copolymer tape as a one-piece, continuous coating varies with the linear speed of the insulated conductor, the length of the furnace, the diameter and the length. type of conductor and the particular material used. The minimum temperature necessary for melting polytetrafluoroethylene is 327 ° C, but the temperature required for melting a copolymer depends on the proportion and kind of the other monomer used, and is somewhat lower. The maximum temperature usable in both cases is that at which undesirable decomposition occurs, that is to say approximately. 500 C following the above-mentioned variables.
The minimum temperature to be employed to bring the tape of tetrafluoroethylene polymer or copolymer as a continuous coating is at least the melting temperature of this material and depends mainly on the degree of tightening of the glass braid, the thickness of the tape and the composition of the polymer. A fairly loose outer glass casing gives more room for expansion before pressure builds up, whereas a tight casing leaves hardly any free space, so that pressure builds up from the start. slight rise in temperature. An extremely tight glass enclosure must therefore be avoided to avoid the production of undesirable stresses in the insulation.
Ordinary wire enamelling furnaces or other various means of providing heat and controlling temperature can be used.
Numerous combinations can be applied in the present invention, for example one or more layers of tetrafluoroethylene polymer or copolymer tape and / or one or more layers of coated glass fabric; the layers can be applied by winding in the same direction or in opposite directions; the tape and coated glass fabric may be of any width and wound at any convenient angle or in any suitable manner to provide the desired degree of coverage; the coated glass fabric tape may be of one dimension and. of any suitable weave.
When a liquid coating composition of a tetrafluoroethylene polymer or copolymer is applied to the glass braid, the solids content of this composition can vary between wide limits, so as to decrease or increase the thickness of the film. formed; the preferred limits are 30 and 70% solids.
The invention makes it possible to form a continuous electrical insulation, heat-resistant, relatively thin, mechanically resistant, resistant to water and to carbonization, chemically inert, insoluble, flexible, adherent to the conductor and. unexpected electrical resistance and abrasion. This isolation has no holes or empty spaces; it does not unwind and does not separate in layers. It also has high resistance to breakage, which prevents the formation of short circuits by cutting the insulation when wires are tightly clamped together.
The insulating layer does not slide along the conductor forming localized clumps, but if it is removed from the wire to make a connection, the exposed surface of the wire is clean. It does not contain foreign matter having poorer characters, which is often the case with similar conductors insulated by bearings. These insulated conductors can be handled more roughly, coiled tighter and with less care in the formation of the coils, without danger of damaging the insulating layer.
In twisted cables containing several separate strands or in those containing several elements with several strands, the polymeric material forcibly enters the interstices by replacing the air with a highly dielectric material by embedding the cable in the 'insulating, which one cannot. obtain in an ordinary process of isolation by envelopment.
Wires insulated in accordance with the process of the present invention are of particular interest in cases requiring long life and resistance to heat, oxidation, corrosive conditions, solvents, gasoline, lubricants, such as . for example for the windings of electromagnets.