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PERFECTIONNEMENTS AUX CONDUCTEURS ISOLES ELECTRIQUEMENT et NOUVEAUX ISOLANTS CORRESPONDANTS.
La présente invention est relative à des conducteurs isolés électriquement et à leur procédé de fabrication, l'isolement comportant de la laine de verre.
On a maintes fois proposé l'emploi de la laine de verre comme isolant pour les conducteurs électriques, mais jusqutà présent cette application s'est peu développée pour plusieurs raisons. La laine de verre est en effet difficile à fixer sur un conducteur tel qu'une barre de cuivre nu et, une fois en place, elle tend à se déplacer, les fibres se rompent facilement et irritent l'épiderme des ouvrier@ Enfin, une tresse en verre tend à glisser sur le fil isolé, On a donc proposé d'ajouter des adhésifs permettant de fixer le verre sur le métal, mais la plupart de ces adhésifs étaient dépourvus des
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propriétés requises pour l'emploi des conducteurs isolés.
Il faut en effet qu'un tel fixateur mouille à la fois le verre et le métal et qu'il possède une adhérence suffisante sans perdre sa flexibilité. On a donc trouvé soit qu'il n'y avait pas assez de flexibilité, soit que celle-ci étant bonne, la résistance diélectrique était faible, D'autres fois toutes les propriétés à température or- dinaire restaient satisfaisantes, mais le fixateur ne résistait pas aux tempéra- tures rencontrées couramment pendant l'emploi des appareils électriques.
On a donc dû se limiter jusqu'ici à des liants dont les proprié- tés étaient une cote mal taillée entre ces différentes propriétés. Au contraire, suivant la présente invention, on utilise de la laine de verre associéeconvena- blement avec une composition résineuse telle qu'on en obtient par condensation d'un aldéhyde avec un ester polyvinylique hydrolysé. De tels esters peuvent être fabriqués au moyen d'un grqnd nombre d'aldéhydes et d'un grand nombre desters polyvinyliques. Pour abréger la description, on appellera "résine polyvinylal" toute résine appartenant à cette catégorie.
L'application de ces isolants est représentée schématiquement sur les dessins joints :
La Fig.l est une coupe d'un conducteur 1 sur lequel on a superposé directement une couche 2 de laine de verre associée avec une résine polyvinylal.
La Fig.2 est une vue analogue, mais dans laquelle le même isolant 2 est protégé par un revêtement isolant 3 de type usuel.
Dans la Fig.3 on a inversé les couches des isolants mentionnés sur la Fig.2; les numéros gardant les mêmes significations que dans la Fig.2,
Dans la Fig.4, le conducteur 1 est revêtu d'un isolant 3 de type usuel auquel on a superposé le nouvel isolant décrit ici 2, puis une seconde couche d'un isolant courant 3.
On décrira d'abord la préparation d'une résine polyvinylal. Dans 185 parties d'acide acétique cristallisable on dissout 100 parties d'acétate polyvinylique. On ajoute alors 83 parties d'une solution aqueuse de formaldéhyde à 37,5% et une quantité convenable d'un acide minàral, par exemple 6,8 d'acide sulfurique concentré. Toutes ces proportions en poids, On effectue l'hydrolyse vers 70. C, dans un récipient émaillé. On prélève de temps à autre des échan- tillons du produit en réaction et on y dose le formaldéhyde.
Ces analyses per- mettent de connaître à quel degré l'ester polyvinylique a été converti en poly- vinyl-formal, Une fois obtenu le taux de conversion voulu, on neutralise l'acide par exemple en ajoutant 13 parties d'ammoniaque concentrée, puis on verse la
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masse neutralisée en filets minces dans lteau, ce qui provoque la coagulation de la résine sous forme de filaments. Ceux-ci sont lavés à l'eau et séchée dans un oourant d'air vers 60 C. Le produit final est blanc ou à peine colorée
On peut préparer de morne des résines polyvinylal en utilisant, a& lieu de formaldéhyde, les aldéhydes acétique, propionique, butyrique, benzol- que, etc.. On peut aussi employer d'autres produits polyvinyliques, par exemple le propionate, le butyrate, etc. polyvinyliques.
On peut faire varier, entre des limites éloignées, les propriétés des résines qui en résultent, en agissant notamment sur la viscosité, le degré d'hydrolyse de l'ester polyvinylique, la quantité et la nature de l'aldéhyde qu'on a fait réagir, le taux et la nature du catalyseur acide utilisée
Pour isoler les conducteurs suivant l'invention, on peut d'abord appliquer une couche de laine de verre sur le conducteur nu qui est par exemple un fil de cuivre. Bette laine de verre peut être appliquée de plusieurs manières on 1'enroule par exemple sous forme de ruban ou de fil à la surface du condue.- teur, On peut aussi l'appliquer sous forme de produit feutré en utilisant un appareil analogue à celui utilisé pour appliquer la tresse d'amiante sur le fil.
On traite alors le conducteur aveo une résine polyvinylal mise de préférence en solution, Comme solvant, on peut utiliser le furfural, le bi- chlorure d'éthylène, le dioxane, le chloroforme ou des mélanges de liquides tels qu'un hydrocarbure aromatique (benzène, toluène, xylène, etc..) avec un ou plusieurs alcools aliphatiques monoatomiques tels que les alcools méthylique, éthylique, n-propylique, n-butylique, n-amylique, hexylique, octylique. Le pour- centage d'emploi de l'alcool dans de tels solvants peut varier, par exemple en- tre 20 ou 40 %, le complément étant l'hydrocarbure, On peut par exemple se ser- vir d'un mélange d'environ 25 % en poids d'alcool éthylique et 75 % de toluène.
La solution résineuse appliquée à la laine de verre peut contenir un taux convenable quelconque de résine polyvinylal mais il est généralement préférable d'utiliser entre 5 et 20 % de la résine en poids* D'habitude , les solutions de 10 à 15 %, lorsque la résine polyvinylal est obtenue en condensant le formaldéhyde avec l'acétate polyvinylique hydrolyse, s'adaptent Iras bien au mouillage et à la fixation des filaments de laine de verre dont elles provo- quent l'adhérenoe sur le fil.
La solution résineuse peut être appliquée de toute manière conve- nable sur le fil déjà recouvert de verre, par exemple en utilisant l'appareil à émailler les filaments associé avec un frotteur convenable qui enlève l'excès
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d'émail. La concentration de la solution, la vitesse de passage du fil dans le bain et le nombre de passes effectuées par le fil dans la solution peuvent être modifiés suivant les nécessités, de façon à imprégner la laine de verre par la résine jusqu'au degré voulu.
Dans le cas de conducteurs de faible diamètre par exemple les fils de cuivre utilisés dans les bobinages, la laine de verre doit être recouverte partiellement, mais non complètement imprégnée avec la résine polyvinylal, de manière que l'isolant reste assez flexible pour ne pas se fis- surer quand le fil est courbé à angle vif. Pour des conducteurs plus gros qui subissent des flexions moindres et moins fréquentes, l'isolant peut être moins flexible et on peut à la fois recouvrir le verre et l'imprégner complètement avec la résine polyvinylal.
Le fil ainsi isole est chauffé à température élevée, par exemple en le passant, de ãcon continue, dans une étuche électrique dont la températu- re est maintenue suffisante pour que le solvant s'évapore et que la résine soit convertie en une matière dure, flexible, tenace, résistant à l'abrasion et à l'humidité. On peut par exemple chauffer le fil vers 350 pendant une période de l'ordre d'une demi-minute après chaque application de l'émail de résine polyvinylal et on atteint les résultats désirés. Pratiquement, il faut que le chauffage du fil soit effectué à une température supérieure au point d'ébulli- tion du solvant présent dans le vernis.
Dans tous les cas, plus la température est élevée et plus le chauffage doit être abrégé ; Inversement, lorsqu'on abais- se la température il faut allonger la durée de chauffe.
Le fil isolé comme on l'a décrit peut être alors lissé ou poli en le faisant passer dans un polissoir rotatif à grande vitesse, tel que par exemple on s'en sert pour lisser le coton d'isolement des fils. De cette maniè- re, les irrégularités superficielles sont éliminées. Si on le désire, le conduc- teur peut être chauffé ultérieurement, une fois le polissage effectué . L'isole- ment composite réalisé est alors lisse, tenace, il résiste à l'humidité et à l'abrasion, son épaisseur est uniforme et sa rigidité diélectrique élevée. Comme on l'a dit plus haut, sa flexibilité peut être variée d'après le taux d'impré- gnation de la laine de verre par la résine polyvinylal utilisée.
Les conducteurs ainsi fabriqués peuvent subir d'autses traitements si on le désire, et si les conditions d'emploi l'exigent. Par exemple ,on peut leur faire subir un revêtement de cire et un nouveau polissage pour permettre au fil de mieux coulisser dans les machines à bobiner. Pour certains usages, il peut être souhaitable d'appliquer une ou plussieurs couches des *isolants usuels n
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par dessus l'isolant polyvinylal, ainsi qu'on l'a représenté sur la Fig.2.
L'isolant supplémentaire dépend des conditions particulières de service, et il peut être un émail organique usuel, ou bien d'autres matières telles que les caoutchoucs naturel ou synthétique, le coton, le papier, les vernis, la soie naturelle ou artificielle, la cellulose régénérée, les dérivés cellulosiques (acétate, triacétate, propionate, butyrate), ou bien les éthers cellulosiques (méthylique, éthylique, benzylique, etc..) ou encore diverses résines synthé- tiques, comme par exemple les résines alkyd flexibles, le chlorure polyvinylique plastifié, les aorylates polymérisés tels que l'aorylate d'éthyle, le caoutchouc chloré, etc.. Si on le désire, ces nouveaux isolants peuvent être disposée en sandwioh entre des couches des isolants classiques, comme représenté Fig.4.
D'autre part, on a trouvé que l'adhérence de la laine de verre au filament peut être améliorée par le procédé suivant On recouvre d'abord le filament avec un émail organique usuel pouvant se ramollir par la ohaleur et/ou par un solvant. On peut par exemple recouvrir avec avantage le fil nu aveo un émail à base d'une résine comportant des huiles grasses, puis appliquer la laine de verre sur l'émail séché ou partiellement séché, et finalement recouvrir avec imprégnation au moins partielle la laine de verre avec la résine polyvinylal, comme on lta.décrit plus haut* Il semble qu'une partie du solvant de cette ré- sine pénètre à travers la laine de verre et provoque un léger ramollissement de l'émail. Il en résulte que celui-ci fixe énergiquement la laine de verre sur le fil. La Fig.3 représente un conducteur ainsi isolé.
Dans certaines applications, il y a avantage, à modifier la résine . polyvinylal en lui incorporant préalablement à son emploi, une proportion con- venable pouvant atteindre par exemple jusque 50 % en poids, et de préférence de 5 à 45 %, d'une résine synthétique duroissable à la chaleur* Comme exemples de telles résines, on peut citer celles qui proviennent de la condensation d'un aldéhyde avec un phénol, l'urée, l'aniline, etc... Il est préférable d'utiliser des résines phénol-formaldéhyde, Cette résine est condensée à l'état infusible et insoluble par le traitement thermique que subit le fil recouvert, ou encore au cours de son emploi.
La présence d'une résine ainsi résistante à la chaleur dans le liant permet d'accroître la résistance à l'écoulement qutoffre la ré- sine polyvinylal lorsqu'on atteint en cours de service, des températures anor- malement élevées, par exemple dans certains appareils électriques, le tout sans affecter la rigidité diélectrique élevée et le pouvoir mouillant à l'égard de la laine de verre. On peut ajouter encore d'autres substances dans le liant @
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résineux, suivant que les conditions d'emploi peuvent l'exiger.
Ainsi, on peut accroître la stabilité de la résine polyvinylal par addition d'un taux peu élevé et par exemple 0,1 à 2 % d'un stabilisant ou d'un anti-oxydant. On peut aussi ajouter des couleurs ou des pigments dans la résine polyvinylal, que celle-ci soit modifiée ou non.
Une autre méthode d'isolement des conducteurs, toujours conforme à l'invention, consiste à appliquer la composition isolante décrite ci-dessus en une seule pièce :On peut par exemple préparer une solution convenable de résine polyvinylal et l'appliquer, avec un appareil de projection, sur la laine de verre feutrée transportée par une courroie. Si la feuille de laine de verre possède, dès le début, une résistance ménanique suffisante, par exemple si elle est sous forme d'un véritable tissu, on peut la recouvrir et l'imprégner plus commodément en la faisant passer à travers un bain qui renferme une solution convenable de résine polyvinylal. Le tissu enduit ou imprégné est alors séché.
On peut répéter cette opération par projection ou par immersion autant de fois qu'il est nécessaire, de façon à obtenir une matière ayant l'épaisseur voulue.
Une fois que le tissu de laine de verre a acquis, grâce à ce dépôt, par projec- tion, une résistance suffisante, on peut le faire passer à travers un tain de résine polyvinylal et poursuivre le revêtement à cette méthode.
Comme autre procédé de préparation de l'isolant mixte, on peut utiliser la résine polyvinylal à l'état plastique et se servir de la chaleur, de la pression ou de solvants, ou de toute combinaison de ces moyens, pour provoquer la plastification de la résine polyvinylal. La résine plastique est appliquée à la laine de verre en feuille ou sous forme de feutre ou de tissu, par compression et de préférence en associant la chaleur et la pression, en utilisant au besoin une petite quantité de solution de la résine polyvinylal comme adhésif pour faciliter la combinaison des matériaux. Le produit mixte obtenu est passé à l'étuve pour en éliminer les solvants, S'il y en a, et pour amener la résine polyvinylal à l'état dur, tenace, flexible, résistan à l'abra- sion et à l'humidité.
De cette manière, on peut préparer des pièces isolées comportant des feuilles de laine de verre et de résine polyvinylal sur l'une ou l'autre de leurs faces ou sur les deux. Pour effectuer la fixation de l'isolant, on peut employer tous les moyens connus et par exemple ceux mentionnés plus haut.
Les isolants flexibles composites obtenus de la façon décrite peuvent être ap- pliqués à toute surface conductrice par exemple à un noyau métallique ou à un
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fil plein ou creux, de toute manière connue telle que la méthode de recouvre- ment au moyen d'une bande indéfinie.
Suivant une variante de l'invention, la laine de verre est tou- jours utilisées sous forme de feutre ou de tissu, mais on l'assooie avec une matière cellulosique convenable telle que la cellulose régénérée, connue com- mercialement sous le nom de cellophane, ou bien d'ester cellulosique tel que le nitrate à faible taux d'azote ("pyroxyline"), ou encore de dérivés organiques de la cellulose. On peut par exemple se servir des éthers cellulosiques (méthy- lique, éthylique et benzylique) et/ou des esters organiques de la oellulose (acé tate, triaoétate, propionate, butyrate).
Il est préférable d'employer l'ácétate de cellulose* Les termes "matières cellulosiques" utilisés ci-aprés, serviront à désigner toutes les catégories de celluloses ou de dérivés cellulosiques qui viennent d'être mentionnés,
La fig.5 jointe concerne l'isolant mixte réalisé, et la Fig.6 est une variante de cet isolant.
Suivant une première méthode de fabrication de l'isolant, on uti- lise de la laine de verre feutrée ou tissée, d'une épaisseur convenable, dépen- dant des conditions auxquelles doit satisfaire l'isolant dans son emploi. On associe la matière cellulosique au moyen d'un adhésif approprié, Par exemple un tissu de laine de verre peut être recouvert d'un adhésif tel qu'un vernis à l'acétate de cellulose, et on oombine alors l'ensemble avec une feuille de matière cellulosique, par exemple d'acétate de cellulose, de préférence sous pression ;
ou bien en assooiant la chaleur et la pression jusqu'à obtenir @@ l'adhérence complète,
Suivant une autre méthode de fabrication du nouvel isolant, on utilise la matière cellulosique à l'état plastique, grâce à l'emploi de la cha- leur, de la pression, ou des solvants, ou par combinaison convenable de ces facteurs de façon que la matière cellulosique devienne plastique, On applique alors la feuille de tissu de laine de verre et on utilise éventuellement un adhésif convenable permettant la fixation des deux matières l'une sur l'autre, On passe alors à l'étuve pour chasser les solvants, s'il y en a dans la masse.
Une autre méthode de fabrication des nouveaux Isolants consiste à préparer une solution appropriée de matière cellulosique et à la disperser par projection sur une feuille de laine de verre feutrée transportée par une . courroie ou par un convoyeur* Si le tissu de laine de verre possède une ré- sistance mécanique suffisante, s'il est par exemple sous forme tissée, on peut
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le recouvrir et l'imprégner de façon plus simple en le faisant traverser un bain d'une solution cellulosique convenable. Le produit revêtu par projection, ou bien imprégné, est séché et, s'il y a lieu, on répète les mêmes opérations jusqu'à ce qu'on obtienne une matière de l'épaisseur voulue.
Si le tissu n'a pas une résistance mécanique initiale suffisante, on peut commencer le revête- ment par projection et le terminer par imprégnation ou par immersion dès que sa résistance est devenue assez grande.
On peut également associer plusieurs matières cellulosiques avec le même tissu, pour obtenir un isolant composite. Par exemple, sur l'une des faces du tissu on mettra de l'acétate de cellulose, et sur l'autre face une matière cellulosique différente telle que de la cellulose régénérée.
Les isolants ainsi obtenus peuvent être finalement revêtus de vernis isolant, de résine synthétique ou tous autresenduits.
Dans tous les cas, on obtient des isolants d'une seule pièce, flexibles et constitués par des feuilles indéfinies de laine de verre tissée ou feutrée, isolants qui sont recouverts, au moins sur l'une de leurs faces, avec une feuille également continue et d'une seule pièce de matière cellulosi- que. Le produit cellulosique améliore les propriétés physiques de la laine de verre et il accroît la résistance diélectrique de l'isolant. Les dérivés orga- niques de la cellulose, tels que les esters (acétate de cellulose par exemple) apportent une résistance plus grande à l'humidité. La laine de verre améliore la résistance de l'isolant à la chaleur.
Sous sa forme préférée (fig.6) l'iso- lant mixte est constitué par la laine de verre 5 en sandwich entre deux couches cellulosiques 4 ; il est alors lisse, tenace, résistant à la pression et on peut le manipuler sans danger pour l'épiderme. Ce Nouvel isolant en ruban ou en feuille est adaptable à l'emploi pour l'isolement des fils de câbles et éven- tuellement pour la construction des moteurs, transformateurs et autres appareils électriques. La forme plus simple de la Fig.4 montre en 5 la couche de laine de verre et en 4 la matière cellulosique fixées l'une sur l'autre comme il a été décrit, Dans l'emploi de la laine de verre, il est souvent utiles de lui faire subir un traitement particulier destiné à l'hydrofuger et qui va main- tenant être décrit.
A cet effet, la laine de verre, sous forme de filament isolé, de feutre, de tissue, de ruban, de tresse, etc.., est enduite avec un savon mé- tallique insoluble dans l'eau.
Jusqu'à présente, on connaissait le traitement de la laine de
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verre au moyen de compositions comportant des hydrocarbures associés avec d'autres matières telles que les sirops, la dextrine, les huiles grasses sul- fonées, etc., Ces revêtements servent seulement d'apprêt ou de lubrifiant, de manière à psotèger les fibres et à en réduire au minimum les ruptures.
Lorsque la laine de verre, sous une forme quelconque et après avoir requ l'apprêt usuel,est employée pour l'isolement des conducteurs élec- triques, on a observé que, si l'humidité atmosphérique est élevée, la résistan- ce diélectrique se trouve fortement abaissée. De plus, le coefficient de frot- tement de la laine de verre est alors accru de façon considérable par cette fixation d'humidité sur les fibres, Ces deux effets sont probablement dûs à la grande affinité du verre pour l'eau et à la grande surface du produit.
Pour l'isolement des conducteurs électriques avec la laine de verre sous une forme convenable, on a f réquemment imprégné la masse fibreuse avec une composition électriquement isolante appropriée, par exemple un vernis à base d'une résine oléo-phénolique, Malheureusement, les tissus de verre nor- malement apprêtés s'imprègnent mal aveo de tels vernis, de sorte qu'en défini- tive la résistance électrique est loin de celle qu'on aurait pu calculer.
Le procédé décrit ci-dessous améliore considérablement les propriétés électriques et mécaniques des filaments ou des tissus de laine de verre, grâce au revêtement de ce matériau par un savon métallique insoluble dans l'eau et dont le radical acide est de préférence à chaine longue. Comme savons de ce genre utilisables séparément ou en association, on citera les stéarates, Balmitates, oléates, arachidates et naphténates de calcium, stron- tium, baryum, magnésium, zinc, cadmium, aluminium, fer, cobalt, nickel, étain. plomb, thorium, manganèse, chrome, etc., Au point de vue électrique, les résul- tats les plus satisfaisants ont été obtenus au moyen des savons d'aluminium et surtout de stéarate d'aluminium, utilisé seul ou en mélange avec d'autres savons métalliques.
Quel que soit le savon métallique choisi, on le dissout ou on le disperse dans un liquide volatil convenable, par exemple un hydrocarbure volatil, aliphatique ou aromatique, ou un mélange de tels hydrocarbures. On peut par exemple employer du pétrole lampant, du toluène ou des mélanges de ces produits. On a aussi utilisé avec succès des mélanges d'hydrocarbures aro- matiques volatils, comme le toluène, et d'esters aliphatiques tels que l'aoé- tate de butyle. On peut également employer des émulsions aqueuses, par exemple une émulsion aqueuse de toluène ou d'un autre solvant aromatique volatil. On
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peut utiliser n'importe quel émulsificateur connu.
La concentration du savon métallique (insoluble dans l'eau) dissous ou dispersé peut être variée,. Elle dépend, entre autres, des caractéris- tiques du savon particulier employé, du dissolvant ou du dispersif choisi, et des conditions d'application de cette composition sur la laine de verre. D'une manière générale, le taux du savon métallique, calculé en poids, n'excède pra- tiquement pas 15 % de la composition liquide et, d'ordinaire, il suffit de le maintenir au-dessous de 10%. Dans le cas du stéarate d'aluminium, la concentra- tion de 5 % en poids est convenable. Il y a avantage aussi à incorporer dans la composition un taux approprié d'une huile minérale bien choisie, de façon à diminuer la raideur des fibres de verre traitées. On obtient de bons résultats en associant un poids égal d'huile minérale et de savon.
Cette huile minérale doit être de préférence peu visqueuse, par exemple une huile de paraffine dont la viscosité en unités Saybolt est comprise entre 60 et 100 secondes à 38 Ce
Le mélange du savon métallique insoluble dans l'eau avec son dis- persif ou son solvant, éventuellement additionné d'huile minérale, est appliqué au produit fibreux par projection ou par tout autre procédé. On peut l'appliquer au cours de la fabrication, ou bien sur l'article fibreux fini.
On peut par exemple appliquer cette composition à la fibre elle-même au moment de sa prépa- ration, par exemple en tirant un certain nombre de fibres parallèles pour les forces au contact avec un feutre convenable imprégné avec la composition savo- neuse. On peut encore appliquer celle-ci au moment où les fibres sont transpor- tées par une courroie ou par un transporteur convenable de l'appareil de fabri- cation des fibres à l'étuve où elles sont recuites.
Les tableaux comparatifs ci-après montrent les améliorations ap- portées aux matériaux à base de laine de verre traités comme on l'a décrit ci- dessus, par rapport aux matériaux non apprêtés ou à ces mêmes matériaux apprê- tés à la manière usuelle.
Résistance à l'abrasion. Cette propriété a été examinée au moyen d'une ma- chine d'essai construite spécialement pour examiner la résistance à l'abrasion des fils émaillés. Cette machine comporte douze baguettes de carbure de tungs- tène ayant 9,5 mm. de diamètre, disposées équidistantes et parallèles, de façon que leurs extrémités se trouvent sur un cercle de 150 mm. de diamètre. Les ex- trémités de ces baguettes sont fixées à angle droit sur des plaques d'extrémités en forme de disques disposées parallèlement à distance convenable. On a placé
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15 bandes parallèles de laine de verre tissée sur la moitié supérieure da la circuneférence du tambour formé par les baguettes ci-dessus.
L'une des extré- mités de chaque bande de laine de verre est attachée de façon stable, tandis qu'un poids de 125 gr. est fixé à l'autre extrémité laissée libre. On fait tourner le tambour à 60 tours par minute au moyen d'un moteur, et le nombre de tours nécessaires pour produire la désagrégation du matériel est pris comme in- dice de la résistance à l'abrasion. On a ainsi obtenu 100 tours pour le tissu de laine de verre avec apprêt normal, moins de 100 tours pour le tissu non ap- prêté et 250 tours pour le tissu revêtu de stéarate d'aluminium, Coefficient de frottement sur une plaque chrômée. Le coefficient de frotte- ment observé est de 0,30 pour le tissu commercial non apprêté, 0,21 pour le ,tissus commercial apprêté à la manière usuelle, 0,19 pour le tissu revêtu de stéarate d'aluminium et séché, et 0,17 pour le même à l'état humide.
Le tissu indiqué comme non apprêté dans tous les essais compara- tifs est obtenu en partant.du tissu commercial de laine de verre ayant reçu l'apprêt normal; on l'a porté vers 450 C. jusqu'à ce qu'il ne perde plus de poids.
Essais électriques. On a déterminé d'abord la résistance électrique d'un ruban formé par un filament continu de laine de verre aux dimensions transver- sales 25,4 x 0,176 mm* A - Sur l'échantillon condittioné par exposition de trois jours à 25 C. dans une atmosphère humidifiée à 50%, les résistances ont été de 90 méghhms,
29.000 mégohms et 50.000 mégohms suivant qu'on est parti du ruban commer- cial apprêté, du ruban commercial non apprêté ou du ruban revêtu du stéa- rate d'aluminium.
B - Les mêmes échantillons conditionnés comme en A ont été ensuite exposés pendant une heure à 40 C. en atmosphère saturée d'humidité, Les isolements ont été de 0,034 megohm pour le ruban au stéarate d'aluminium, 0,0025 mé- gohms pour le ruban commercial non apprêté, et l'isolement n'a pu être mesuré (étant trop mauvais) pour le ruban commercial apprêté à la manière usuelle.
C - Les échantillons préparés comme en B ont été exposés encore pendant trois heures à 25 sous atmosphère à 50 % d'humidité relative. Les isolements ont été de 305 mégohms pour le ruban commercial non apprêté et de 400 mé- gohms pour le ruban traité au stéarate d'aluminium,
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D - Après conditionnement de trois jouta à 25 C. en atmosphère à 50% d'humidité relative on a traité les rubans avec un vernis à la résine oléo-phénolique, étuvé quatre heures à 150 C, et conditionné à nouveau trois jours à 25 C. et 50% d'humidité, puis 16 heures à 40 C. et 100% d'humidité, et enfin six heures à 25 C. et 50% d'humidité.
Les isolements ont été de 4.100 mégohms pour le ruban commercial apprêté, 16.000 mégohms pour le ruban commercial non apprêté et 18.000 méghoms pour le ruban traité au stéarate d'aluminium.
E - Enfin, on a conditionné comme en A , puis traité avec une solution de poly- styrène, étuvé 4 heures à 150 C. en terminant comme dans le cas D. Pour les mêmes rubans, pris dans le même ordre, les isolements ont été respectivement de 1.300, 1. 700 et 35.000 mégohms.
Pour effectuer les essais de résistance électrique qui viennent d'être décrits, les échantillons ont été essayés dans une cellule à facteur de puissance construite spécialement, à électrodes planes avec anneau de garde rigide dont la surface est de 14,3 cm2.
On a effectué d'autres essais de résistance électrique pour les différents rubans en laine de verre aux mêmes sections 25,4 x 0,177 mm. que ci-dessus, mais entre électrodes de 6,5 cm2.
F - Les échantillons conditionnés comme en A ont été traités avec un vernis à la résine oléophénolique, étuvés quatre heures à 150 C. et de nouveau con- ditionnés comme en A, puis 16 heures à 40 C. et 100% d'humidité, enfin une heure à 250 C. et 50% d'humidité. Les isolements observés dans ces conditions ont été respectivement de 4,7 (apprêt usuel) 380 (sans apprêt) et 11.000 mégohms (avec stéarate d'aluminium).
G - Si on substitue à la résine oléophénolique une résine polystyrène et qu'on fasse subir aux échantillons exactement les mêmes conditionnements que pour la série F, les isolements observés sont respectivement de 7/,14 et plus de 75.000 mégohms pour les éprouvettes classées dans le même ordre.
Dans une dernière série d'essais électriques, on s'est servi de la méthode de l'Association Américaine pour l'essai des matériaux (méthode D- 149-36T)* Le ruban , aux mêmes dimensions que précédemment, a été soumis à des tensions maintenues une minute, puis interrompues et ainsi de suite* H - Dans le cas d'échantillons conditionnés comme en A, puis traités au vernis à la résine oléophénolique, étuvés quatre heures à 150 C. et de nouveau conditionnés comme en A, on a obtenu les résultats du tableau suivant :
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EMI13.1
<tb> Volta <SEP> par <SEP> dixième <SEP> de <SEP> mm.
<tb>
<tb>
Maximum <SEP> Minimum <SEP> Moyenne
<tb>
<tb> Ruban <SEP> apprêté <SEP> à <SEP> la <SEP> manière
<tb> courante <SEP> 660 <SEP> 504 <SEP> 605
<tb>
<tb> Ruban <SEP> non <SEP> apprête <SEP> 984 <SEP> 660 <SEP> 768
<tb>
<tb> Ruban <SEP> enduit <SEP> de <SEP> stéarate
<tb> d'aluminium <SEP> 1060 <SEP> 694 <SEP> 837
<tb>
Le ruban "non apprété" des essais comparatifs ci-dessus a été obtenu en enlevant l'apprêt du ruban apprêté à la manière usuelle. On y est parvenu en le lavant dans l'acétone puis en le faisant bouillir dans une solu- tion à 5% de stéarate d'ammoniaque renfermant un excès d'ammoniaque. On a alors soigneusement lavé le ruban avec de l'eau et on l'a séché.
Pour préparer les échantillons au stéarate d'aluminium, les pro- duits désapprêtés pris sous forme de tresse et du ruban, ont été immergés dans une solution à 5% de stéarate d'aluminium, le solvant étant de l'huile de naph- te et l'excès a été chassé par égouttage. Le produit a alors été chauffé à une température convenable pour éliminer le pétrole, par exemple à 150 0. Il se trouve ainsi recouvert d'un film ou d'un revêtement de savon métallique, ici le stéarate d'aluminium, adhérant aux fibres de verre.
Au point de vue des meilleures propriétés physiques, c'est le stéarate d'aluminium qui, seul, ou associé à d'autres savons métalliques, a donné les résultats les plus satisfaisants. Les oélates de plomb et de manga- nèse, ou les naphténates de plomb et de cobalt ont été trouvés moins satisfai- sants que les savons d'aluminium au point de vue de l'amélioration des proprié- tés physiques des fibres de verre, mais, à ce point de vue, ils sont supérieurs aux stéarates de calcium, de zin; de plomb ou de fer.
Le stéarate de plomb, seul ou associé au stéarate d'aluminium ou à d'autres savons d'aluminium, a été trouvé le meilleur pour obtenir les oarao- téristiques de résistance électrique maximum. Les essais ont montré que le sté- arate dhaluminium, le stéarate de zinc et l'oléate de manganèse sont presque aussi bons. On trouve ensuite, dans l'ordre, le stéarate de calcium, l'oléate de plomb et le stéarate ferrique. Pour l'ensemble des propriétés physiques et électriques, l'optimum est obtenu par une association des stéarates de plomb et d'aluminium. Le stéarate d'aluminium forme un gel lorsqu'il est dissous dans les solvants tels que le pétrole. Ce gel maintient en suspension le stéarate de plomb, lequel ne peut être maintenu en solution qu'à chaud, de même que les autres savons métalliques insolubles dans l'eau.
Le savon d'aluminium facilite
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IMPROVEMENTS FOR ELECTRICALLY INSULATED CONDUCTORS and NEW CORRESPONDING INSULATION.
The present invention relates to electrically insulated conductors and to their method of manufacture, the insulation comprising glass wool.
The use of glass wool has often been proposed as an insulator for electrical conductors, but so far this application has not developed much for several reasons. Glass wool is indeed difficult to attach to a conductor such as a bare copper bar and, once in place, it tends to move, the fibers break easily and irritate the workers' skin. glass braid tends to slide over the insulated wire, so it was proposed to add adhesives to fix the glass to the metal, but most of these adhesives lacked the
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properties required for the use of insulated conductors.
Such a fixer must indeed wet both the glass and the metal and have sufficient adhesion without losing its flexibility. It was therefore found either that there was not enough flexibility or that it was good, the dielectric strength was low. Other times all the properties at normal temperature remained satisfactory, but the fixer did not not withstand the temperatures commonly encountered in the use of electrical appliances.
So far, we have had to limit ourselves to binders whose properties were a poorly matched dimension between these different properties. In contrast, in accordance with the present invention, glass wool is used suitably associated with a resinous composition as obtained by condensation of an aldehyde with a hydrolyzed polyvinyl ester. Such esters can be made using a large number of aldehydes and a large number of polyvinyl esters. To abbreviate the description, any resin belonging to this category will be called “polyvinylal resin”.
The application of these insulators is shown schematically in the accompanying drawings:
Fig.l is a section of a conductor 1 on which has been directly superposed a layer 2 of glass wool associated with a polyvinyl resin.
FIG. 2 is a similar view, but in which the same insulator 2 is protected by an insulating coating 3 of the usual type.
In Fig.3 the layers of the insulators mentioned in Fig.2 have been inverted; the numbers keeping the same meanings as in Fig. 2,
In FIG. 4, the conductor 1 is coated with an insulator 3 of the usual type on which the new insulator described here 2 has been superimposed, then a second layer of a current insulator 3.
The preparation of a polyvinyl resin will first be described. In 185 parts of crystallizable acetic acid, 100 parts of polyvinyl acetate are dissolved. Then 83 parts of a 37.5% aqueous formaldehyde solution and a suitable amount of mineral acid, for example 6.8 concentrated sulfuric acid, are added. All these proportions by weight, the hydrolysis is carried out at around 70 ° C., in an enamelled container. Samples of the reaction product are taken from time to time and assayed for formaldehyde.
These analyzes make it possible to know to what degree the polyvinyl ester has been converted into polyvinyl-formal. Once the desired degree of conversion is obtained, the acid is neutralized, for example by adding 13 parts of concentrated ammonia, then we pour it
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mass neutralized into thin streams in water, causing the resin to coagulate in the form of filaments. These are washed with water and dried in an air flow at around 60 C. The final product is white or barely colored.
Polyvinyl resins can be prepared from the same by using, instead of formaldehyde, the aldehydes acetic, propionic, butyric, benzoleic, etc. Other polyvinyl products can also be employed, for example propionate, butyrate, etc. . polyvinyls.
The properties of the resins which result therefrom can be varied, between far limits, by acting in particular on the viscosity, the degree of hydrolysis of the polyvinyl ester, the quantity and the nature of the aldehyde which has been made. to react, the rate and the nature of the acid catalyst used
To insulate the conductors according to the invention, one can first apply a layer of glass wool on the bare conductor which is for example a copper wire. Bette glass wool can be applied in several ways, for example, it is wound in the form of a ribbon or wire on the surface of the conductor. It can also be applied as a felted product using an apparatus similar to that used to apply the asbestos braid to the wire.
The conductor is then treated with a polyvinyl resin preferably dissolved. As solvent, furfural, ethylene bichloride, dioxane, chloroform or mixtures of liquids such as an aromatic hydrocarbon (benzene , toluene, xylene, etc.) with one or more monoatomic aliphatic alcohols such as methyl, ethyl, n-propyl, n-butyl, n-amyl, hexyl, octyl alcohols. The percentage of use of alcohol in such solvents may vary, for example between 20% or 40%, the remainder being the hydrocarbon. For example, a mixture of about 25% by weight of ethyl alcohol and 75% of toluene.
The resinous solution applied to the glass wool may contain any suitable level of polyvinyl resin, but it is generally preferable to use between 5 and 20% of the resin by weight. Usually, solutions of 10 to 15%, when the polyvinyl resin is obtained by condensing the formaldehyde with the hydrolyzed polyvinyl acetate, adapts well to the wetting and to the fixing of the glass wool filaments, of which they cause adhesion to the yarn.
The resinous solution can be applied in any suitable manner to the strand already covered with glass, for example by using the filament enamelling apparatus in combination with a suitable wiper which removes the excess.
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enamel. The concentration of the solution, the speed of passage of the yarn in the bath and the number of passes made by the yarn in the solution can be modified according to the needs, so as to impregnate the glass wool with the resin to the desired degree. .
In the case of small-diameter conductors, for example copper wires used in windings, the glass wool must be partially covered, but not completely impregnated with the polyvinyl resin, so that the insulation remains flexible enough not to sag. crack when the wire is bent at a sharp angle. For larger conductors which undergo less and less frequent bending, the insulation may be less flexible and it is possible to both cover the glass and completely impregnate it with the polyvinyl resin.
The wire thus isolated is heated to a high temperature, for example by passing it, continuously, in an electric heater, the temperature of which is maintained sufficient for the solvent to evaporate and for the resin to be converted into a hard material, flexible, tough, abrasion and moisture resistant. For example, the wire can be heated to around 350 for a period of the order of half a minute after each application of the polyvinyl resin enamel and the desired results are achieved. In practice, the heating of the wire must be carried out at a temperature above the boiling point of the solvent present in the varnish.
In all cases, the higher the temperature, the shorter the heating should be; Conversely, when the temperature is lowered, the heating time must be extended.
The insulated wire as described can then be smoothed or polished by passing it through a high speed rotary polisher, such as, for example, it is used to smooth the insulation cotton of the wires. In this way, surface irregularities are eliminated. If desired, the conductor can be heated later after polishing has been completed. The composite insulation produced is then smooth, tenacious, it is resistant to humidity and abrasion, its thickness is uniform and its dielectric strength is high. As stated above, its flexibility can be varied depending on the degree of impregnation of the glass wool with the polyvinyl resin used.
The conductors thus manufactured can undergo other treatments if desired, and if the conditions of use so require. For example, they can be waxed and re-polished to allow the wire to slide better in winding machines. For certain uses, it may be desirable to apply one or more coats of * usual insulation.
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over the polyvinyl insulation, as shown in Fig. 2.
The additional insulation depends on the particular conditions of service, and it can be a usual organic enamel, or other materials such as natural or synthetic rubbers, cotton, paper, varnishes, natural or artificial silk, regenerated cellulose, cellulose derivatives (acetate, triacetate, propionate, butyrate), or cellulose ethers (methyl, ethyl, benzyl, etc.) or else various synthetic resins, such as for example flexible alkyd resins, chloride plasticized polyvinyl, polymerized aorylates such as ethyl aorylate, chlorinated rubber, etc. If desired, these new insulators can be sandwiched between layers of conventional insulators, as shown in Fig.4.
On the other hand, it has been found that the adhesion of the glass wool to the filament can be improved by the following method. The filament is first covered with a usual organic enamel which can be softened by heat and / or by a solvent. . For example, it is possible to cover the bare wire with advantage with an enamel based on a resin comprising fatty oils, then apply the glass wool to the dried or partially dried enamel, and finally cover the wool with at least partial impregnation. glass with polyvinyl resin, as described above * It seems that part of the solvent for this resin penetrates through the glass wool and causes a slight softening of the enamel. The result is that the latter energetically fixes the glass wool on the wire. FIG. 3 represents a conductor thus isolated.
In some applications, it is advantageous to modify the resin. polyvinylal by incorporating therein, prior to its use, a suitable proportion which may reach, for example, up to 50% by weight, and preferably from 5 to 45%, of a heat-curable synthetic resin * Examples of such resins are can cite those which come from the condensation of an aldehyde with a phenol, urea, aniline, etc ... It is preferable to use phenol-formaldehyde resins, This resin is condensed in the infusible state and insoluble by the heat treatment to which the covered wire undergoes, or during its use.
The presence of a resin thus resistant to heat in the binder makes it possible to increase the resistance to flow which the polyvinylal resin offers when in use, abnormally high temperatures are reached, for example in certain cases. electrical devices, all without affecting the high dielectric strength and wetting power with respect to the glass wool. Other substances can be added to the binder @
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coniferous, as the conditions of employment may require.
Thus, the stability of the polyvinyl resin can be increased by adding a low level, for example 0.1 to 2% of a stabilizer or an antioxidant. It is also possible to add colors or pigments to the polyvinylal resin, whether the latter is modified or not.
Another method of insulating the conductors, still in accordance with the invention, consists in applying the insulating composition described above in a single piece: For example, it is possible to prepare a suitable solution of polyvinylal resin and apply it, with a device. projection, onto the felted glass wool conveyed by a belt. If the sheet of glass wool has sufficient menanic strength from the start, for example if it is in the form of a real fabric, it can be covered and impregnated more conveniently by passing it through a bath which contains a suitable solution of polyvinyl resin. The coated or impregnated fabric is then dried.
This operation can be repeated by spraying or by immersion as many times as necessary, so as to obtain a material having the desired thickness.
Once the glass wool fabric has acquired sufficient strength by spraying it, it can be passed through a tin of polyvinyl resin and continued coating by this method.
As another method of preparing the mixed insulation, the polyvinyl resin can be used in the plastic state and heat, pressure or solvents, or any combination of these, to cause plasticization of the insulation. polyvinyl resin. The plastic resin is applied to the glass wool in sheet or felt or fabric form, by compression and preferably by a combination of heat and pressure, using a small amount of the polyvinyl resin solution as an adhesive as needed. facilitate the combination of materials. The resulting mixed product is passed to an oven to remove solvents, if any, and to bring the polyvinyl resin to a hard, tenacious, flexible, abrasion-resistant and abrasion-resistant state. humidity.
In this way, isolated parts can be prepared comprising sheets of glass wool and polyvinyl resin on one or the other of their faces or on both. In order to fix the insulation, all known means can be used, for example those mentioned above.
Composite flexible insulators obtained in the manner described can be applied to any conductive surface, for example to a metal core or to a
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solid or hollow wire, in any known manner such as the method of covering by means of an indefinite strip.
According to a variant of the invention, glass wool is always used in the form of felt or fabric, but it is combined with a suitable cellulosic material such as regenerated cellulose, known commercially as cellophane. , or else of a cellulose ester such as nitrate with a low nitrogen content (“pyroxylin”), or even of organic derivatives of cellulose. It is for example possible to use cellulose ethers (methyl, ethyl and benzyl) and / or organic esters of cellulose (acetate, triaoetate, propionate, butyrate).
It is preferable to use cellulose acetate * The terms "cellulosic materials" used hereafter, will be used to designate all the categories of celluloses or cellulose derivatives which have just been mentioned,
The attached fig.5 concerns the composite insulation produced, and Fig.6 is a variant of this insulator.
According to a first method of manufacturing the insulation, use is made of felted or woven glass wool, of a suitable thickness, depending on the conditions which the insulation must satisfy in its use. The cellulosic material is combined by means of a suitable adhesive, For example a glass wool fabric can be covered with an adhesive such as a varnish with cellulose acetate, and the whole is then combined with a sheet. cellulosic material, for example cellulose acetate, preferably under pressure;
or by combining heat and pressure until complete adhesion is obtained,
According to another method of making the novel insulation, the cellulosic material is used in the plastic state, by the use of heat, pressure, or solvents, or by a suitable combination of these factors so that the cellulosic material becomes plastic, The sheet of glass wool fabric is then applied and a suitable adhesive is optionally used which allows the two materials to be attached to one another, The oven is then passed to remove the solvents, if there is any in the mass.
Another method of making the new insulators is to prepare a suitable solution of cellulosic material and spray it onto a sheet of felted glass wool carried by a. belt or by a conveyor * If the glass wool fabric has sufficient mechanical strength, for example in woven form, it is possible to
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cover it and impregnate it in a simpler way by passing it through a bath of a suitable cellulosic solution. The spray coated or impregnated product is dried and, if necessary, the same operations are repeated until a material of the desired thickness is obtained.
If the fabric does not have sufficient initial mechanical strength, the coating can be started by spraying and finished by impregnation or by immersion as soon as its strength has become sufficiently great.
It is also possible to combine several cellulosic materials with the same fabric, to obtain a composite insulation. For example, on one side of the fabric we will put cellulose acetate, and on the other side a different cellulosic material such as regenerated cellulose.
The insulation thus obtained can finally be coated with insulating varnish, synthetic resin or any other coating.
In all cases, one obtains insulators in one piece, flexible and constituted by undefined sheets of woven or felted glass wool, insulators which are covered, at least on one of their faces, with an equally continuous sheet. and a single piece of cellulosic material. The cellulosic product improves the physical properties of glass wool and increases the dielectric strength of the insulation. Organic cellulose derivatives, such as esters (eg cellulose acetate) provide greater resistance to humidity. Glass wool improves the resistance of the insulation to heat.
In its preferred form (FIG. 6) the mixed insulation consists of the glass wool 5 sandwiched between two cellulose layers 4; it is then smooth, tenacious, resistant to pressure and can be handled without endangering the epidermis. This New tape or sheet insulation is suitable for use in the insulation of cable wires and possibly for the construction of motors, transformers and other electrical devices. The simpler form of Fig. 4 shows at 5 the glass wool layer and at 4 the cellulosic material attached to each other as has been described. In the use of glass wool it is it is often useful to subject it to a particular treatment intended to make it water-repellent and which will now be described.
For this purpose, the glass wool, in the form of insulated filament, felt, fabric, tape, braid, etc., is coated with a water-insoluble metallic soap.
Until now, the treatment of wool from
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glass by means of compositions comprising hydrocarbons associated with other materials such as syrups, dextrin, sulphonated fatty oils, etc., These coatings serve only as a primer or lubricant, so as to protect the fibers and to minimize breakages.
When glass wool, in any form and after having required the usual primer, is used for the insulation of electrical conductors, it has been observed that, if the atmospheric humidity is high, the dielectric strength is reduced. found greatly lowered. In addition, the coefficient of friction of the glass wool is then considerably increased by this fixation of moisture on the fibers. These two effects are probably due to the great affinity of glass for water and to the great product surface.
For the insulation of the electrical conductors with the glass wool in a suitable form, the fibrous mass has frequently been impregnated with a suitable electrically insulating composition, for example a varnish based on an oleo-phenolic resin. normally primed glass impregnates poorly with such varnishes, so that ultimately the electrical resistance is far from that which could have been calculated.
The process described below considerably improves the electrical and mechanical properties of glass wool filaments or fabrics, thanks to the coating of this material with a metallic soap which is insoluble in water and the acid radical of which is preferably long chain. As soaps of this type which can be used separately or in combination, mention will be made of stearates, balmitates, oleates, arachidates and naphthenates of calcium, strontium, barium, magnesium, zinc, cadmium, aluminum, iron, cobalt, nickel and tin. lead, thorium, manganese, chromium, etc. From an electrical point of view, the most satisfactory results have been obtained by means of aluminum soaps and especially of aluminum stearate, used alone or in mixture with other metallic soaps.
Whatever metallic soap is chosen, it is dissolved or dispersed in a suitable volatile liquid, for example a volatile, aliphatic or aromatic hydrocarbon, or a mixture of such hydrocarbons. For example, kerosene, toluene or mixtures of these products can be used. Mixtures of volatile aromatic hydrocarbons, such as toluene, and aliphatic esters such as butyl aoetate have also been used successfully. Aqueous emulsions can also be employed, for example an aqueous emulsion of toluene or other volatile aromatic solvent. We
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can use any known emulsifier.
The concentration of dissolved or dispersed metallic soap (insoluble in water) can be varied. It depends, among other things, on the characteristics of the particular soap employed, the solvent or the dispersive chosen, and the conditions of application of this composition to the glass wool. Generally speaking, the level of the metallic soap, calculated by weight, will hardly exceed 15% of the liquid composition, and usually it is sufficient to keep it below 10%. In the case of aluminum stearate, the concentration of 5% by weight is suitable. There is also an advantage in incorporating into the composition an appropriate level of a well-chosen mineral oil, so as to reduce the stiffness of the treated glass fibers. Good results are obtained by combining an equal weight of mineral oil and soap.
This mineral oil should preferably be not very viscous, for example a paraffin oil whose viscosity in Saybolt units is between 60 and 100 seconds at 38 Ce
The mixture of the water-insoluble metallic soap with its dispersive or its solvent, optionally added with mineral oil, is applied to the fibrous product by spraying or by any other process. It can be applied during manufacture, or on the finished fibrous article.
This composition can for example be applied to the fiber itself at the time of its preparation, for example by pulling a number of fibers parallel for the forces in contact with a suitable felt impregnated with the soapy composition. This can also be applied as the fibers are conveyed by a belt or a suitable conveyor from the fiber-making apparatus to the oven where they are annealed.
The comparative tables below show the improvements made to the glass wool materials treated as described above over the unprimed materials or those same materials dressed in the usual manner.
Abrasion resistance. This property was examined by means of a test machine specially constructed to examine the abrasion resistance of enamelled wires. This machine has twelve tungsten carbide rods having 9.5 mm. in diameter, arranged equidistant and parallel, so that their ends lie on a circle of 150 mm. of diameter. The ends of these rods are fixed at right angles to disc-shaped end plates arranged in parallel at a suitable distance. We placed
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15 parallel strips of glass wool woven on the upper half of the circumference of the drum formed by the sticks above.
One end of each strip of glass wool is stably attached, while a weight of 125 gr. is attached to the other end left free. The drum is rotated at 60 revolutions per minute by means of a motor, and the number of revolutions required to produce the material disintegration is taken as an index of abrasion resistance. This gave 100 turns for the glass wool fabric with normal sizing, less than 100 turns for the unfit fabric and 250 turns for the fabric coated with aluminum stearate. Coefficient of friction on a chromed plate. The coefficient of friction observed is 0.30 for the unprimed commercial fabric, 0.21 for the commercial fabrics dressed in the usual manner, 0.19 for the fabric coated with aluminum stearate and dried, and 0 , 17 for the same when wet.
The fabric indicated as unprimed in all comparative tests is obtained from commercial glass wool fabric which has received normal finishing; it was brought to around 450 C. until it no longer lost weight.
Electrical tests. The electrical resistance of a ribbon formed by a continuous filament of glass wool with transverse dimensions 25.4 x 0.176 mm * A - on the sample conditioned by exposure to 25 ° C. was first determined. in an atmosphere humidified at 50%, the resistances were 90 megahms,
29,000 megohms and 50,000 megohms depending on whether you started with primed commercial tape, unprimed commercial tape or aluminum stearate coated tape.
B - The same samples conditioned as in A were then exposed for one hour at 40 ° C. in an atmosphere saturated with humidity. The isolations were 0.034 megohm for the aluminum stearate tape, 0.0025 megohms for unprimed commercial tape, and the insulation could not be measured (being too bad) for the commercially prepared tape in the usual manner.
C - The samples prepared as in B were exposed for a further three hours at 25 under an atmosphere of 50% relative humidity. Insulations were 305 megohms for unprimed commercial tape and 400 megohms for aluminum stearate treated tape,
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D - After conditioning for three jouta at 25 C. in an atmosphere of 50% relative humidity, the ribbons were treated with a varnish with oleo-phenolic resin, steamed for four hours at 150 ° C., and conditioned again for three days at 25 C. and 50% humidity, then 16 hours at 40 C. and 100% humidity, and finally six hours at 25 C. and 50% humidity.
Insulations were 4,100 megohms for primed commercial tape, 16,000 megohms for unprimed commercial tape and 18,000 megohoms for aluminum stearate treated tape.
E - Finally, it was packaged as in A, then treated with a solution of polystyrene, steamed for 4 hours at 150 C., ending as in case D. For the same ribbons, taken in the same order, the isolations were were respectively 1,300, 1,700 and 35,000 megohms.
To carry out the electrical resistance tests which have just been described, the samples were tested in a specially constructed power factor cell with flat electrodes with a rigid guard ring having an area of 14.3 cm2.
Further electrical resistance tests were performed for the different glass wool ribbons at the same 25.4 x 0.177 mm sections. than above, but between electrodes of 6.5 cm2.
F - The samples conditioned as in A were treated with an oleophenolic resin varnish, steamed for four hours at 150 ° C. and again conditioned as in A, then 16 hours at 40 ° C. and 100% humidity, finally one hour at 250 C. and 50% humidity. The isolations observed under these conditions were respectively 4.7 (usual primer) 380 (without primer) and 11,000 megohms (with aluminum stearate).
G - If the oleophenolic resin is replaced by a polystyrene resin and the samples are subjected to exactly the same conditioning as for the F series, the isolations observed are respectively 7 /, 14 and more than 75,000 megohms for the test pieces classified in the same order.
In a final series of electrical tests, the method of the American Association for the Testing of Materials (method D-149-36T) was used * The tape, with the same dimensions as before, was subjected to voltages maintained for one minute, then interrupted and so on * H - In the case of samples conditioned as in A, then treated with oleophenolic resin varnish, steamed for four hours at 150 C. and again conditioned as in A, the results of the following table were obtained:
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EMI13.1
<tb> Volta <SEP> by <SEP> tenth <SEP> of <SEP> mm.
<tb>
<tb>
Maximum <SEP> Minimum <SEP> Average
<tb>
<tb> Tape <SEP> primed <SEP> to <SEP> the <SEP> way
<tb> current <SEP> 660 <SEP> 504 <SEP> 605
<tb>
<tb> Ribbon <SEP> not <SEP> primer <SEP> 984 <SEP> 660 <SEP> 768
<tb>
<tb> <SEP> tape coated <SEP> with <SEP> stearate
<tb> aluminum <SEP> 1060 <SEP> 694 <SEP> 837
<tb>
The "unprimed" tape of the above comparative tests was obtained by removing the primer from the dressed tape in the usual manner. This was done by washing it in acetone and then boiling it in a 5% solution of ammonia stearate containing excess ammonia. The tape was then washed thoroughly with water and dried.
To prepare the aluminum stearate samples, the stripped products, taken in the form of braid and tape, were immersed in a 5% solution of aluminum stearate, the solvent being naphtha oil. and the excess was drained off. The product was then heated to a suitable temperature to remove the petroleum, for example to 150 ° C. It is thus covered with a film or a coating of metallic soap, in this case aluminum stearate, adhering to the fibers of glass.
From the point of view of the best physical properties, it is aluminum stearate which, alone, or in combination with other metallic soaps, has given the most satisfactory results. The elates of lead and manganese, or the naphthenates of lead and cobalt have been found to be less satisfactory than aluminum soaps from the point of view of improving the physical properties of glass fibers, but , from this point of view, they are superior to calcium stearates, zin; lead or iron.
Lead stearate, alone or in combination with aluminum stearate or other aluminum soaps, has been found to be best for achieving maximum electrical resistance characteristics. Tests have shown that aluminum stearate, zinc stearate and manganese oleate are almost as good. There are then, in order, calcium stearate, lead oleate and ferric stearate. For all the physical and electrical properties, the optimum is obtained by a combination of lead and aluminum stearates. Aluminum stearate forms a gel when dissolved in solvents such as petroleum. This gel keeps lead stearate in suspension, which can only be kept in solution when hot, as well as other water-insoluble metallic soaps.
Aluminum soap facilitates
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