Mélange pour joints mécaniques entre conducteurs électriques. La présente invention a pour objet. un mélange pour joints mécaniques entre con ducteurs "électriques métalliques solides.
Dans les systèmes de transmission d'éner gie électrique, il est souvent. nécessaire de re lier aine unité conductrice en métal, telle que (les barres omnibus ou un câble, à une autre unité, car, dans la plupart des installations, il n'est. pas réalisable, sinon impossible, d'ut.i- liser un seul conducteur continu entre le gé nérateur et la machine ou l'appareil qui con somme L'énergie. De même, on doit fixer aux conducteurs, en particulier aux extrémités,
(les organes clé connexion ou cosses qui amè nent le courant. et font partie du système de transmission. Bien qu'il soit possible, et même désirable, dans certains cas, de souder à ]'au- togène ou autrement, un conducteur à un <B>ii</B> titre, dans de nombreux cas, notamment dans les systèmes où sont transportées de fortes charges d'énergie, la. formation de ces joints soudés n'est pas avantageuse.
Par exemple, lors de l'installation de barres omnibus, il est plus commode et habituellement beaucoup plus rapide de les serrer ou de les boulonner ensemble que de les souder à l'autogène et, de même, un tel joint. mécanique est plus fa cilement. démonté qu'un joint, qui a été sondé à, l'autogène ou d'une autre manière.
Parfois, il est. également. nécessaire de réunir des con ducteurs en métaux différents, ce qui pré sente certaines difficultés au point de vue de la soudure. Lorsqu'on parle de joints mécaniques, il est bien entendu que ce terme s'applique aux joints dans lesquels le contact entre les con ducteurs est établi et maintenu par des moyens mécaniques. Ainsi, des organes de connexion peuvent être serrés sur un conduc teur., ou bien des conducteurs peuvent être boulonnés ou serrés ensemble.
Dans tous ces- cas, une partie de la surface de l'un des con ducteurs est maintenue en contact avec une partie de la. surface d'tin autre conducteur par des moyens mécaniques. Habituellement, les extrémités des conducteurs se recouvrent, plutôt que d'être bout à bout, pour assurer un bon joint durable.
Les conducteurs en métal sont en général recouverts d'une pellicule d'oxyde naturel, surtout les métaux tels que l'aluminium, d'où il s'ensuit qu'un bon contact métal contre métal ne s'établit pas dans un joint métalli@. que. En outre, de telles pellicules offrent con sidérablement plus de résistance au passage dit courant électrique que le métal. Bien en tendu, la résistance augmente avec l'épaisseur de la pellicule d'oxyde.
Dans le cas où les conducteurs s'échauffent. par le passage du courant. ou pour d'autres raisons, en particu lier dans le cas où il se produit des périodes de refroidissement intermédiaires se tradui sant par la contraction du métal et. une déso- lidarisation possible du joint, la pellicule d'oxyde tend à s'accroître, et, en conséquence, la résistance augmente au bout d'un certain temps.
Bien que la résistance électrique d'un seul joint. puisse être très faible, cependant lorsqu'elle est multipliée par le nombre de joints existant dans tout le système, dans le quel le courant passe, le rendement de la transmission d'énergie est affecté de manière appréciable. En outre, si le joint n'est pas convenablement protégé, une corrosion peut. se produire entre les surfaces qui se recou vrent et ainsi augmenter encore la résistance électrique. Pour plus de commodité, on peut appeler cette résistance au passage d'un cou rant électrique dans les joints mécaniques résistance de contact .
La titulaire a constaté que lorsque des mé langes de produits résultant de l'action d'acide fluorhydrique sur des substances orga niques azotées à au moins 8 atomes de car bone, telles que des amines aliphatiques, aro matiques ou hétérocycliques, ou des amides aliphatiques, produits miscibles avec des graisses et huiles minérales et sensiblerrient insolubles dans l'eau, avec des substances organiques inertes miscibles avec lesdits pro duits de réaction, sont interposés entre les conducteurs électriques métalliques réunis mécaniquement,
la résistance électrique ou de contact présentée par le joint se trouve gran dement réduite.
Le mélange selon l'invention est caracté risé en ce qu'il contient un produit de l'ac tion d'acide fluorhydrique sur une substance organique azotée dans laquelle le nombre to tal d'atomes de carbone n'est pas inférieur à 8, ledit produit étant sensiblement insoluble dans l'eau et miscible avec des graisses et huiles minérales, et une substance organique inerte miscible avec le produit de réaction de l'acide fluorhydrique sur la substance orga nique azotée.
Aucun traitement ultérieur du mélange appliqué n'est, nécessaire pour obtenir la ré duction désirée de la résistance de contact. On peut appliquer le mélange de n'importe quelle manière appropriée, par exemple par enduction, peinture ou immersion des parties à réunir dans le mélange à l'état liquide. La simplicité de l'application et la grande effi cacité du mélange selon l'invention offrent. de très importants avantages lors de la cons truction et du fonctionnement d'un système de transmission. d'énergie.
Un autre avantage réside dans la permanence de l'abaissement de la résistance électrique en présence d'hu midité, étant donné que le mélange est sensi blement insoluble dans l'eau et que, par suite, l'effet sur la. résistance persiste tant. que le mélange est. présent. En d'autres termes, le mélange ne se détériore pas en ce qui con cerne le maintien d'une faible résistance élec trique dans le joint. En outre, le mélange peut subir un chauffage tel que celui qui se produit, pendant le passage d'un courant à travers le joint. et. ne pas perdre cependant son efficacité pour diminuer la résistance de contact dans le joint. rne telle stabilité est.
particulièrement intéressante dans le cas où de forts courants sont transportés et où, sans cela, la. résistance des joints augmenterait avec une utilisation prolongée.
Le composé organique azoté formant avec, l'acide fluorhydrique le produit de réaction sensiblement. insoluble dans l'eau peut être une amine aliphatique, aromatique ou hétérocy- clique, une amide aliphatique ou un produit de substitution de ces composés, ayant un nombre total de huit atomes de carbone au moins. Les produits de réaction résultant de la réaction de l'acide sur lesdites amines ou amides sont sensiblement, insolubles dans l'eau et sont miscibles à. des graisses et à des huiles minérales.
La. solubilité dans l'eau est donc insuffi sante pour permettre l'enlèvement par lavage hors du joint- lorsqu'il se trouve exposé à l'eau ou à une atmosphère humide. Nombre de pro duits sont, bien entendu, complètement inso lubles dans l'eau.
L'état physique desdits produits de réac tion à la température ambiante varie avec leur composition, certains étant. liquides, tan dis que d'autres ont une consistance pâteuse. Le choix d'un produit. de réaction pour un joint particulier peut être influencé. par son état physique et le procédé prévu pour appli quer le mélange selon l'invention aux conduc teurs.
A titre d'exemples d'amines sur lesquelles on peut faire agir l'acide fluorhydrique pour obtenir des produits utilisables pour réaliser l'invention, on peut citer la 2-éthyl- hexylamine, la 3-di-n-amylaminopropylamine, la ci.i-(2-éthi-lhex.ylamine), la didécylamme, la dodécylamine, la didodécylamine, la diocta- déeylamine, la trihexylamine et la tri-n-amyl.- amine,
la phényl-éthanolamine, lai 3-phény1pro- pylamine, l'éthyl-phényléthanolamine, la phé- nyidiéthanolamine, l'o-diméthylamino-ét-hyl-p- oct.yl-phénol, l'octylphénoxyéthoxyéthyldim'e- thylamine et le 4-amino-3-pentadéc-y1-phénol. Les amines hétérocycliques sont représentées par les a.zohes, les azolines;
les oxazolines, la. grly oxaline, les azines, l'es oxazines substituées et les morpholines ayant huit atomes de car bone ou davantage et l'indole. Les oxazolines substituées de poids moléculaire élevé ont une valeur particulière, surtout celles ayant un poids d'au moins 300; à titre d'exemple, on peut citer:
la 2-pentyl-4,5-diméthyl-4- hexanooxyéthyl-2-oxazoline, la. 2-pent@Tl-4,4- 1>is-(hexanooxyméthyl) 2-oxazoline et la 2-no- ny 1.-4-ét.hyl-4-ca.proxyméthyl 2-oxazoline. D'au tres exemples des amines hétérocycliques sont la phényl-morpholine et la 1-hydroxyéthyl-2- heptadécény 1-glyoxalidine. A titre d'exemple d'amides aliphatiques,
on peut citer la n-hexa- décane-amide et la n-octadécane-amide.
Pour obtenir lesdits produits de réaction, on traite lesdites amines et amides par de l'acide fluorhydrique, de préférence à l'état anhydre. Il est. habituellement plus commode de vaporiser l'acide et de faire barboter la vapeur dans l'amine ou l'amide à l'état li- qtiide, tout en l'agitant. Il peut être néces saire de chauffer l'amine ou l'amide pour la rendre assez liquide ou fluide afin de per mettre le traitement avec la vapeur d'acide pendant un temps assez long.
Pour obtenir les meilleurs résultats, on a constaté que l'a te neur en acide fluorhydrique ne doit pas être inférieure à 0,5 % en poids de l'amine ou de l'amide traitée.
D'autre part, il n'y a pas d'autre amélioration ultérieure, lors de l'ob tention du composé, lorsque la teneur en acide dépasse 20 % en poids de la matière traitée. La quantité d'acide fluorhydrique ajoutée est déterminée par la nature de l'amine ou de l'amide et le degré d'activité désirée du pro duit final.
On peut facilement déterminer par quelques essais la quantité convenable d'acide fluorhydrique à utiliser dans n'importe quel cas particulier.
Il est bien entendu qu'on peut utiliser plus d'un produit de réaction dans un seul et même mélange. En outre, on peut appliquer un mélange ou plusieurs mélanges contenant le même produit de réaction ou des produits de réaction différents, sous forme de couches successives sur le conducteur.
On peut. ajouter au produit. de réaction de l'acide fluorhydrique sur ladite substance organique azotée des graisses et des huiles minérales comme substances organiques iner tes miscibles avec ledit produit de réaction.
A cet effet, on peut utiliser les produits disponibles ;sur le marché qui sont composés, en général, de mélanges d'hydrocarbures d'ori gine naturelle ou synthétique et qui peuvent, dans certains cas, contenir d'autres substances pour améliorer certaines propriétés. La quan tité de graisse ou d'huile utilisée peut varier avec l'amine ou l'amide et la quantité d'acide fluorhydrique qui leur est. associée.
D'une ma nière générale, la teneur en graisse ou en huile du mélange peut atteindre 75 % en poids du mélange.
On a préparé des mélanges très satisfaisants avec 45 à 60 % de vaseline et 40 à 55 % d'un produit de réaction de l'acide fluorhydrique avec une desdites subs tances organiques azotées.
Afin d'obtenir une viscosité assez faible pour permettre l'application facile de ces mé langes, il peut être désirable de leur incorpo rer un solvant- ou milieu rapidement vapori- sable tel que l'essence minérale. De tels pro duits d'addition réduisant la viscosité doivent s'évaporer et quitter rapidement le mélange. On préfère les graisses et les huiles hydrocar- burées aux autres diluants, à. cause de leur insolubilité dans l'eau en plus des considéra tions d'économie et d'inertie envers les com posés formant le mélange pour joints.
Bien que l'on puisse utiliser les mélanges conformes à la présente invention dans un joint mécanique entre n'importe quels con ducteurs métalliques pleins, ils se sont. révé lés être spécialement précieux lorsqu'on les utilise sur des conducteurs qui sont enduits d'une pellicule d'oxyde naturel. Par exemple, on a. constaté qu'ils étaient particulièrement efficaces dans la réduction de la résistance électrique de joints mécaniques prévus entre des conducteurs alumineux, en particulier dans des installations de barres omnibus.
On utilise ici le terme alumineux pour désigner à la fois l'aluminium et les alliages contenant plus de 50 /o en poids de ce métal. La pelli cule tenace d'oxyde sur les conducteurs alu mineux se forme si rapidement qu'il est im possible d'établir un contact métal contre mé tal dans un joint mécanique, même si le métal est d'abord nettoyé et si l'on applique une forte pression aux conducteurs à l'endroit du joint.. Grâce à. l'utilisation des mélanges con formes à l'invention, la résistance électrique dans ces joints est très grandement réduite.
On obtient. aussi une réduction importante de la résistance de contact par l'utilisation des mélanges entre des conducteurs de cuivre ou d'alliages à base de cuivre, d'étain ou de cui- v te recouvert de cadmium, d'acier et d'alu minium.
Bien que l'on puisse utiliser les mélanges avec succès sur des surfaces en métal qui sont sales ou graisseuses, il est préférable de les nettoyer d'abord pour tirer le maximum d'avantages des mélanges. Le nettoyage chi mique ou le nettoyage mécanique donne sa tisfaction. De même, il est préférable que les conducteurs soient aussi secs que possible lorsque les mélanges sont. appliqués.
Avant. de réaliser le joint mécanique, on applique le mélange à la. surface d'au moins l'un des conducteurs du joint. Une appIica- tion de ce genre permet ordinairement d'obte- nir une quantité suffisante de mélange entre les surfaces (-les conducteurs voisins pour abaisser la résistance de contact.
La quantité appliquée n'est: pais critique si ce n'est que, pour obtenir les meilleurs résultats, la tota lité des surfaces en contact doit être recou verte par le mélange lorsque les conducteurs sont assemblés pour former le joint. En gé néral, les mélanges n'ont pa,@ d'effet nuisible sur le métal, et, par suite, tout. excès se trou vant à, ]'extérieur du joint n'a, pas besoin d'être enlevé.
Une fois que les mélanges ont été appliqués, les conducteurs peuvent être assemblés de manière à. constituer le joint. et être maintenus en position par des organes de serrage, des boulons ou autres moyens per mettant. d'établir et de maintenir un ferme contact -entre les conducteurs. Dans le cas où l'on doit fixer un organe de connexion à. un câble, on peut. appliquer le mélange sur le câble et. serrer ensuite ]'organe de connexion sur le câble.
L'effet obtenu en interposant le mélange entre les surfaces qui se recouvrent, des con ducteurs électriques, est mis en évidence dans les exemples suivants. Dans ces essais, on augmente la résistance dé contact par rapport à. la résistance entre deux conducteurs, en em pilant six pièces en aluminium d'une pureté minimum de 99,3 o/o entre des barres du même métal.
Ces pièces ont. 22,22 nini de côté et une épaisseur de 3,17 mm. L'une des .surfaces de chaque nièce est rainurée de manière que 50 % seulement (le la superficie totale soient en contact avec la partie arrière de la pièce ou de la barre avoisinante. Cette disposition sert à aceentiier les effets de la <RTI
ID="0004.0075"> résistance de contact. Les barres ont. la même largeur que les pièces précitées et ont 6,34 mm d'épais seür. L'ensemble est- monté dans un support et pressé par des écrous de serrage sur des boulons avec une clé dynamométrique, de ma nière qu'une pression de 245 hg/cm- soit appliquée aii joint.
Afin d'obtenir une sur face métallique du même genre pour chaque essai, les pièces et les barres sont. d'abord atta quées par une solution aqueuse de NaOH à 5 % pendant dix minutes, puis on les retire et on les immerge dans une solution de IINOs à 5 % pendant 5 secondes, après quoi on les retire, on les lave et on les sèche. On effectue un essai initial de l'assemblage sans qu'il se trouve aucun composé entre les surfaces en contact.
Dans chacun des essais suivants, le mélange pour joints est déposé sur l'une des surfaces de chaque pièce précitée ou de la barre, de manière que le mélange se trouve sur chaque surface de contact de l'assemblage. On mesure la résistance à la, température am biante en observant la chute de potentiel à l'endroit du joint sous un courant d'environ 3 ampères. On détermine ainsi les valeurs de résistance de deux essais ou davantàge et on établit une. valeur moyenne.
On donne ci- après la composition des mélanges essayés et les résistances moyennes observées: Résistance <I>électrique des ,oints d'essais</I>
EMI0005.0013
Résistance
<tb> Composition <SEP> du <SEP> mélange <SEP> dans <SEP> le <SEP> joint <SEP> moyenne
<tb> en
<tb> microhms
<tb> l <SEP> Néant <SEP> ............................................................ <SEP> 98,5
<tb> 2 <SEP> Vaseline <SEP> ................ <SEP> ........................................
<SEP> 71,4
<tb> 3 <SEP> Produit <SEP> de <SEP> la <SEP> réaction <SEP> de <SEP> 45 <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids <SEP> d'oxazoline <SEP> substituée <SEP> ayant <SEP> <B>1111</B>
<tb> poids <SEP> moléculaire <SEP> de <SEP> 350 <SEP> avec <SEP> 5 <SEP> parties <SEP> de <SEP> HF, <SEP> mélangé <SEP> à <SEP> 50 <SEP> parties <SEP> de <SEP> vaseline <SEP> 11,1
<tb> 4 <SEP> Produit <SEP> de <SEP> la <SEP> réaction <SEP> de <SEP> 30 <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids <SEP> de <SEP> 1-hydroxyéthyl-2-heptadécé nyl-glyoxalidine <SEP> avec <SEP> 3,3 <SEP> parties <SEP> de <SEP> HF, <SEP> mélangé <SEP> à <SEP> 33,7 <SEP> parties <SEP> d'essence <SEP> mi nérale <SEP> ............................................................
<SEP> <B>11,5</B>
<tb> 5 <SEP> Produit <SEP> de <SEP> la <SEP> réaction <SEP> de <SEP> 47,5 <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids <SEP> de <SEP> dodécylamine <SEP> secondaire <SEP> avec
<tb> 2,5 <SEP> parties <SEP> de <SEP> HF, <SEP> mélangé <SEP> à <SEP> 50 <SEP> parties <SEP> de <SEP> vaseline <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 10,0
<tb> 6 <SEP> Produit <SEP> de <SEP> la <SEP> réaction <SEP> de <SEP> 45 <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids <SEP> d'oxazoline <SEP> substituée <SEP> ayant <SEP> un
<tb> poids <SEP> moléculaire <SEP> de <SEP> 350 <SEP> avec <SEP> 5 <SEP> parties <SEP> de <SEP> HF <SEP> et <SEP> 1.
<SEP> partie <SEP> de <SEP> n-octadécane amide, <SEP> mélangé <SEP> à <SEP> 49 <SEP> parties <SEP> de <SEP> vaseline................................ <SEP> <B>17,5</B>
<tb> 7 <SEP> Produit. <SEP> de <SEP> la <SEP> réaction <SEP> de <SEP> <B>15,5</B> <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids <SEP> de <SEP> 4-amino-3-pentadécyl-phénol
<tb> avec <SEP> 1 <SEP> partie <SEP> de <SEP> HF, <SEP> mélangé <SEP> à <SEP> 50 <SEP> parties <SEP> de <SEP> vaseline <SEP> et <SEP> 33,5 <SEP> parties <SEP> d'essence
<tb> minérale <SEP> .......................................................... <SEP> 46,0
<tb> 8 <SEP> Produit.
<SEP> de <SEP> la <SEP> réaction <SEP> de <SEP> 95 <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids <SEP> d'oxazoline <SEP> substituée <SEP> .ayant <SEP> un
<tb> poids <SEP> moléculaire <SEP> de <SEP> 350 <SEP> avec <SEP> 5 <SEP> parties <SEP> de <SEP> HF, <SEP> -mélangé <SEP> à <SEP> 50 <SEP> parties <SEP> de <SEP> vaseline <SEP> 8,0
<tb> 9 <SEP> Produit <SEP> de <SEP> la <SEP> réaction <SEP> de <SEP> 22,5 <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids <SEP> d'oxazaline <SEP> substituée <SEP> avec <SEP> 2,5
<tb> parties <SEP> de <SEP> HF, <SEP> mélangé <SEP> à <SEP> 75 <SEP> parties <SEP> de <SEP> vaseline <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> .
<SEP> 10,5
<tb> l0 <SEP> Produit <SEP> de <SEP> la <SEP> réaction <SEP> de <SEP> 29,4 <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids <SEP> d'octylphénoxyéthoxyéthyldimé t-hylamine <SEP> et <SEP> de <SEP> 13,6 <SEP> parties <SEP> d'acide <SEP> éthylèneiminodiacétique <SEP> avec <SEP> 7 <SEP> parties <SEP> de
<tb> HF, <SEP> mélangé <SEP> à <SEP> 50 <SEP> parties <SEP> de <SEP> vaseline <SEP> ... <SEP> ... <SEP> . <SEP> .. <SEP> ..... <SEP> ... <SEP> . <SEP> . <SEP> ... <SEP> .. <SEP> . <SEP> .. <SEP> ... <SEP> ..
<SEP> 18,0
<tb> 1l <SEP> Produit <SEP> de <SEP> 7a <SEP> réaction <SEP> de <SEP> 31,5 <SEP> parties <SEP> en <SEP> poids <SEP> de <SEP> stéaryldiméthylamine <SEP> et <SEP> 14,8
<tb> parties <SEP> d'acide <SEP> éthylène-bis-imino-diacétique <SEP> avec <SEP> 3,7 <SEP> parties <SEP> de <SEP> HF, <SEP> mélangé <SEP> à
<tb> 50 <SEP> parties <SEP> de <SEP> vaseline <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> . <SEP> 11,5 Les deux premiers exemples sont donnés à titre comparatif.
On voit que les joints contenant les mé langes conformes à l'invention présentent une très faible résistance lorsqu'on les com pare aux joints nus, même quand la quan tité de vaseline est très élevée par rapport à l'a quantité du produit de réaction de HF. Des essais sur place ont confirmé 1a réduc tion marquée de la résistance électrique entre les conducteurs en aluminium.