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" Matière isolante et ses procédés de production ".
Cette invention est relative à des compositions de matière prodaites à partir du, caoutchouc ou de substances hydrocarburées similaires. L'invention est également rela- tive à, des procédés pour produire ces compositions et plus spécialement, à des procédés de traitement du caout- chouc, pour-le rendre électriquement stable sous l'in- flaence continue de l'eau. Elle est relative également, à an produit de caoutchoac non valcanisé ayant des caracté- ristiques électriques stabilisées.
L'invention est relative de plus, à des composés iso- lants comprenant, comme constituant essentiel, le caoutchou traité ci-dessus mentionné, les dits composés ayant des propriétés électriques et mécaniques qui les rendent sus- ceptibles d'être utilisés, pour l'isolement des câblas soas-marins. L'invention est encore plus particulièrement relative , à certains composés de l'espèce présentant des
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constantes diélectriques plus faibles et des pertes dié- lectriques plus faibles que,¯la gutta-percha et étant, pour ce motif, spécialement destinés pour l'isolement des câbles sous-marins pour la transmission à liante fré- quence .
Parmi les bats de l'invention, il y a lieu de consi- dérer l'amélioration de certaines caractéristiques du caoutchouc, pour çbtenir le caoutchouc sous une forme ayant des caractéristiques extrêmement désirables dans les ma- tières isolantes, plus spécialement pour l'usage sous l'eau; pour réaliser des compositions de caoutchouc spécia- lement appropriées aux bats d'isolation et de réaliser des matières isolantes ayant des caractéristiques extrêu mement désirables dans les câbles plus spécialement dans des câbles employés pour la transmission de la parole ou autre transmission de fréquence relativement haute .
Selon l'invention, du caoutchous sous forme de disper sion dans un fluide aqueux oa dans un état solide, est soumis à l'action de l'eau à température élevée et le produit résultant est lavé à l'état solide. Le traitement peut être notablement varié; en ce qui concerne la durée et la température tout en étant néanmoins efficace pour assurer les propriétés désirées. On admet que le traitement amène une modification physique de certaines protéines du caoutchouc et la transformation d'une partie des proté- ines en produits de coupure solubles dans lteau, qui con- tiennent des quantités considérables ddazote et sont sabsé- quemment éliminés par lavage.
L'invention sera mieux comprise dans la description qui va suivre à l'appui de la représentation du. dessin annexé au présent mémoire. Dans ce dessin Figs. 1, 2 et 3 sont des diagrammes de valeurs comparatives expérimentale- ment obtenues avec des échantillons de matières isolantes au caoutchouc préparées selon l'invention, et avec des
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échantillons de caoutchouc préparés par d'autres moyens, comme il sera décrit.
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La guitta-, ;ercha est la seule matière qui a généra- lement été considérée comme appropriée pour l'isolation des 08bles(sous-marîns à qualités de transmission élevées.
Bien des substances ont été proposées comme succédanés
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de la guitta percha sous certaines de ses formes vulca- nisées, le caoutchouc est approprié pour certains câbles à vitesse faible ou courte.
Certains produits thermo-plastiqaes de conversion du caoutchouc ont été proposés pour an nombre de bats tels que la fabrication d'isolants électriques moulés, de cour- roies de disques de phonographe et autres objets habituel- liment faits en gatta percha, balata, gomme laque et ma- tières analogues. Ces produits de conversion sont décrits,
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notarimente dans le brevet anglais n 349.173 et, selon ce brevet, ils sont obtenas en traitant da caoutchouc avec de l'acide sulfurique et un dérivé aromatique de l'acide
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sulfurique. Qaoiqa,tils aient pu âtre reconnus utiles comme succédanés de la gutta-percha, cas produits deh conversion ne sont pas appropriés pour l3tre utilisés dans l'isolation des câbles sous-marins, dans la forme exposée dans la des- cription.
On a proposé également d'utiliser comme composé iso-
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lant s9us-marin, du caoutchouc brut en mélange avec des cires dures. Un tel composé est décrit dans le brevet E.U.
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n 699,385, délivré'le 6 mai 1902 à Gentsch, et l'on a trouvé que de tels composés possèdent de bonnes propriétés , mécaniques désirables. If outai'o9.s, il ne sont pas électri- quement stables et c'est pour ce motif qu'ils n'ont pas été adoptés, même comme succédanés partiels de la gatta- percha dans l'isalation des câbles soas-marins.
On a proposé du caoutchouc brut à l'état non mélangé
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non vulvanisé et lavé à fond, poar l'isolation des cibles, mais, quoiqae ce traitement constituait dans ce bat un perfectionnement par rapport ou caoutchouc non lavé, le produit ne possède pas les propriétés physiques et électri- ques désirables de la matière de la présente invention.
Selon les connaissances actuelles, le caoutchouc est constitué de globales microscopiques d'hydrocarbures.
Dans le latex du caoutchouc, les globules d'hydrocarbures flottent individuellement dans le sémum qui contient des quantités considérables de protéines. Fendant la coagula- tion les globales forment une masse cohérante dans laquel- le beaucoup de protéine est occlase en formant de minces pellicales entre les globules.
La protéine occluse forme an réseau dans toute la masse hydrocarbarée et l'on croit qae c'est principalement le long des mailles de ce réseau. que l'eau pénètre dans la totalité de la masse du. caoat- chouc. lorsqu'elles sont humectées à fond, les pellicules de protéine constituent des voies de faible résistance électrique dans la massa du caoutchouc. Un des bats de cette invention est de réduire notablement la teneur en protéine du caoutchouc ou. au moins de détruire le réseau, de sorte que des voies continues ne puissent subsister.
La proteine a été antérieurement séparée du caoat- choac par différentes procédés qui, toutefois, n'étaient pas sans exercer an effet nuisible sur le caoutchouc et qu'il faut platôt compter parmi les méthodes de labora- toire généralement employées dans le but d'examiner les constituants protéiques ou. hydrocarbarés. Ces procédés n'ont pas eu pour résultat de donner an caoutchouc ayant des propriétés appropriées poar l'isolation des câbles sous-marins.
A ce sujet, on petit sc référer, par exemple, à an article de Pummerer dans la revue "Kautschuk, Aviil 1926, page 85 et aussi à l'ouvrage intitulé " Plantation
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Rubber and thé Testing of Rubber tt par G,S, 4Yhitby, chapi- tre IV, qui s'y rapporte aux protéines.
Le traitement proposé selon la présente invention, a été appliqué non seulement à du caoutchouc à l'état brut commercial, mais également à l'état de latex non coagulé.
Il peut être appliqué aux différentes espèces de caoutchouc et à d'autres gommes, telles que la balata et la gutta-
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percha, dans lesquelles il pOQ.'rait étre désirable da diminuer la teneur en protéine.
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Le ca0utehoüG traité selon la présente invention n'est pas 1s orner isé ni chimiquement altéré dans sa etrauture mais il reste véritablement du caoutchouc, avec les appa- rences et les propriétés mécaniques du caoutchouc brut
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ordinaire et il ne possède pas dlaatres constituants chi- maques que ceux du caoutchouc brut.
Le caoutchouc traité selon la présaiite inTention peut $tre fait pour retenir ses propriétés isolantes et éleo- trïqaes inéga7ées, pendant des périodes prolongées d'immer- sion dans une solution saline correspondante à 1'eau de mer et le traitement, lorsqu'il est suivi d'un lége,r lava- ge, est caractérisé par une réduction substantielle de la teneur en azote du caoutchouc,
Le produit résultant des procédés de traitement ici
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décrits peut avoir une,capac,té élevée pour absorber de l'eau et retenir en même temps ses propriétés isolantes Toutefois s'il est lavé à fond, la capacité du produit d'absorber de l'eau sera faible.
Dans an but de simplicité on a adopté, pour la pré- sente description et pour les revendications, une nomen- clature suivant laquelle:
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' Caoutohouct désigne différentes espèces de raout- chouc, tels que Coux qui sont connus sous les noms de Hévéa, Castilloa , Guayulé et autres soit sous forme de
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latex, de dispersion artificielle, oa dans une forme soli- de non vulcanisée.
" Caoutchouc brut " désigne la forme solide non vulca- nisée de différentes espèces de caoutchouc.
" Latex" désigne la forme natarelle liquide des dif- férentes espèces de caoutchouc.
" Caoutchouc Hévéa brut, "est la désignation spécifi- que de la forme solide du caoutchouc, Hévéa brut.
" Latex Hévéa " désigne la forme liquide naturelle d'un caoutchouc Hévéa commercial.
Dans l'exécution de l'invention, da latex Hévéa com- mercial, contenant de l'ammoniaqae comme préservatif, a été dilaé avec cinq parties d'eau pour chaque partie de la- tex et placé dans un réservoir à pression, ou il était chauffé à une température d'environ 150 C, pendant une période de 13 jours. Après refroidissement à la températa- re ordinaire, le mélange était coagalé avec de l'acide acétiqae et le Coagulum était enlevé et latté pendant aile heure à ane température d'environ 55 C et ensuite, séché à l'air à la températare ordinaire.
La teneur en azote fat troavée être inférieare à 0,1% comparativement avec ana tenear d'environ 0,4% en poids dans le crèpe de caoat- chouc. Après quatre semaines d'immersion dans une solution de chlorure de sodium, la constante diélectrique était de 2,6 et la conductance spécifique était de 6 x 10-6 micromhs par cm3 . Un échantillon sec de ce produit donnait l'ana- lyse suivante : 95,8% d'hydrocarbures, 2,55% de résine et 0,064% d'azote.
Dans an aatre cas, du caoutchouc Hévéa brut en feuil- les crêpées était immergé dans de l'eau, dans an réservoir de pression et soumis à une température de 150 C. pendant 24 heures. Après le traitement par la chaleur, le caoutchou était lavé pendant une heure et sêché dans le vide.
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Des échantiollons de ce dernier produit étaient im- mergés dans une solution de cholure de sodium à 3,5% et les essais furent effectués à des intervalles d'une semaine.
D'autres échantillons de caoutchouc Hévéa commercial en crêpe, spécialement lavés, mais non vulcanisés, forent immerges et essayés de même.
Les échantillons d'essai étaient dans la forme de foui les de 0,05 pouce d'épaisseur. Ils furent enlevés de la solution de sel pour l'essai, séchés d'une manière unofr- me, placés entre des électrodes circulaires de 5 pouces de diamètre et essayés avec un courant alternatif d'une fréquence de 1000 périodes par seconde, à une température de 25 C et à la pression atmosphérique.
Nous)référant au dessin, Fig. 1 montre les courtes comparatives A,B et C, des valeurs obtenues avec ces échantillons d'essai et montrant les variations de la cons- tante diélectrique pendant une durés d'essai de quatre semaines. Les valeurs de constante diélectrique sont por- tées sur l'axe vertical et le temps en semaines est porté sur l'axe horizontal. Les courbes A, B et C montrent les variations pour les échantillons respectifs de caoutchouc Hévéa brut dans sa forme commerciale, du caoutchouc Hévéa brut spécialement lavé et du. caoutchouc Hévéa brut traité par la chaleur et lavé selon la présente invention. De la courbe 0 on déduit que le caoutchouc traité selon la pré- sente invention, présente une constante diélectrique ne dépassant pas 2,6, après une immersion de quatre semaines.
Fig. 2 montre le diagramme des variations de la résis- tance spécifique de mégohms par cm3, observées à des in- tervalles hebdomadaires, les courbes D, E et F, représen- tént les valeurs des trois mêmes matières respectivement décrites ci-dessus, De la courbe F on déduit, que la ré- sistance à l'isolement de l'échantillon traité selon l'in-
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vention présente une résistance spécifique dépassant 10 @ mégohms par cm3, après quatre semaines d'immersion.
Fig. 3 montre, par les courbas G, H et I, le diagram me, à intervalles hebdomadaires, des variations de la con- dactance spécifique en microhms par cm3 des trois mgmes matières, respectivement, la courbe I montrant clairement la supériorité de l'échantillon traité salon l'invention.
Il y a lieu de noter ici , que des valeurs obtenues de façon analogue avec des échantillo.s d'an produit de caoutchouc résultant du traitement par la chaleur de la- tex de Hévéa, avant la coagulation , comme déjà. décrit, coincide sensiblement avec les valeurs à partir desquelles les courbes C, F et I ont été o btenues.
Les détails du traitement du caoutchouc peuvent varier de beaucoup, suivant la nature du caoutchouc et solon qu'il est traité sous forme de latex ou dans un état solide et selon les exigeances particulières dans chaque cas parti- calier.
On obtient aisément an produit avec une teneur en azote de moins de 0,2% chimiquement non saturé et sans ré- sine et, comme on a pu le déterminer par absorption d'iode, de plus de 95% des teneurs calculées pour l'hy- drocarbure du caoutchouc pur, étant donné, qu'une double liaison est présente pour chaque C5H8 de la molécule de caoutchouc. En ce qui concerne la description de la méthode rappelée ici, pour déterminer la non saturation du caoutchouc par absorption d'iode, il y a lieu de se ré- férer à un article publié par l'inventeur dans la revue Il Industrial and Enginearing Chemistry " Aviil 1927, Vol.
19, page 531. Le collant peut être complètement évité et les propriétés électriques être parfaitement stabilisées.
Dans certains cas, le produit a une plus grande ténacité que le caoutchouc brut.
La valeur de.la constante diélectrique de 2,6 du ca-
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outchouc traité par la chaleur soit à l'état liquide ou à l'état solide, et mesurée à la température ordinaire et à la pression atmosphérique , se compare très favorablement avec la constante diélectrique d la gutta-percha, qui dans (le bonnes qualités commerciales, est rarement au des- sous de 3,0. La protéino contient un pourcentage considé- rable d'azote et la teneur en protéine du caoutchouc peut être approximativement déterminée à partir de sa te- neur en azote.
On a pu déterminer expérimentalement, que la perte d'azote dans du caoatchous Hévéa brut traité par la cha- leur dans de l'eau pendant trois heures et lavé, est sensi- blement proportionnelle à la pression de vapeur appliquée dans les limites de 40 et 400 livres par pouce carré. On a trouvé également, qu'an début da traitement la perte en azote augmente rapidement avec la durée du traitement à n'importe quelle température et que, pour des pres,sions aux environs de 50 livres par pouce carré, on atteint une teneur en azote pratiquement constante au bout de 24 heures, tandis que à des pressions plus élevées, soit de
150 livres, on atteint des valeurs pratiquement constantes (en deux ou trois heures.
Il y a lieu de noter que si pendant le traitement par la chalear, le caoutchouc est soumis à des tempérât tires ex cessives, telles que celles qui correspondent à une pres- sion de vapeur de 200 livres par pouce carré, on à des températures plus basses pour une durée excessive, le caout choac tend à devenir mou et gluant et, conséquemment, inu- tilisable pour l'isolation des câbles. La limite de temps pour chaque température particulière de toute exigence particulière et pour chaque type particulier de caoutchouc, aux variations des exemples déjà décrits, doit être déter- minée expérimentalement.
Toutefois, les opérations spéci- fiques décrites plus haut, sont typiques en ce qui pon
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ce.rne la production de matières ayant des propriétés mé- caniques satisfaisantes.
,Pour le caoutchouc Hévéa, on a déterminé que la réduc tion de la teneur en azote à la moitié de celle du caoat- chouc brat commercial donne comme résaltat des caractéris- tiques électriques stabilisées telles, qae l'on obtient un produit satisfaisant pour être utilisé comme matière de mélange (compoundage) pour l'isolation des câbles sous- marins. On pourra trouver, qae pour un tel tzsage, ane ré- duction plus faible peut saffire , ou que pour ltasage dans l'air humide, ou dans d'autres conditions moins ex- trgmes une rédaction encore plus faible est suffisa@te pour stabiliser les propriétés électriques du produit.
Si on le désire, on peut additionner à l'eau avant le traitement, un agent d'accélération. par exemple du la- tex de caoutchouc peat être dilaé avec une solution de chlorare de sodium à 1%. avant le traitement par la cha- leur, et il en résulte que l'élimination de l'azote est plus complète et que le latex se coagule pendant le trai- tement à la vapeur sans usage subséquent d'acide acéti- que. Toutefois, da sel peat également être occlas dans la masse coagulée. Dans le traitement du. latex commercial l'ammoniaque qui y est contenue est considérée comme avan- tagease, à part qa'elle prévient la coagulation prémata- rée.
Dans le traitement du caoutchouc sous -,.'importe qael- le ferme, de l'ammoniaque peut être additionnée à l'eau dans laquelle le caoutchouc est traité par la chaleur et ténacité du produit final en est augmentée.
Le produit obtenu par le procédé tel qu'il a été dé- crit, n'est pas susceptible du point de vue mécanique, d'être utilisé seul, comme isolant pour câbles, du fait qu'il est trop résilient poar permettre l'extrasion aux dimensions convenables et qu'il peat se déformer aux tempé
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ratures ordinaires.
On peut obtenir des compositions ap- - propriées pour l'isolation sous-marine, en mélangeant ce produit avec des cires dures ou autres substances analo- gues qui sont fusibles à des températures modérées et qui elles-mêmes possèdeu des caractéristiques électriques ap- propriées et présentent une résistance appropriée à la pé- nétration de l'eau... En outre, un mélange avec du balata ou de la gutta-percha donne de plus de la ténacité et de la plasticité à la matière.
On peut ainsi obtenir des com- positions possédant des caractéristiques qui les rendent susceptibles de satisfaire les plus grandes exige .ces pour les câbles sous-marins. Ces compositions sont supérieures, quant à lsurs caractéristiques électriques, à n'importe quelle matière antérieurement utilisée dans cebut et, conjointement au développement des matières de charge modernes, elles permettent de faire de longs câbles de di- mensions raisonnables, appropriés pour la transmission des fréquences poar la parole et qui, jusqu'à présent, Avaient été considérés comme ne pouvant être réalisés au point de vue commercial.
On a trouvé que les compositions suivantes répondaient à ces exigences;
Avec le présant particulier résaltant du traitement à la chaleur de caoutchouc Hévéa brut, comme décrit plus haut, on a préparé une composition isolante, en mélangeant avec 29 livres du produit 20 livres de balata commercial, 16 livres de balata dérésiné et 35 livres de poix de ligni- te. Des échantiollons de cette compisition préparée et es- sayés selon la description déjà donnée au présent mémoire, ont une constante diélectrique de 2,5 et un angle de diffé- ronce de phase de 21 minutes, 29 secondes, après quatre semaines d'immersion à la température et à la pression or- dinaires.
Une. autre composition contient 35% de Caoutchouc Hévéa -Il-
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traité à la chaleur sous forme de latex, 30% de balata déré siné et 35% de cire de lignite raffinée par lixiviation de la cire pulvérisée au benzène froid, jusqu'à ce que le benzène ne soit plus coloré. Cette composition présente une constante diélectrique de 2,68 et une différence d'angle de phase de 1 minates à 25 C,à la pression atmosphéri- que et pour 1000 périodes à la seconde.
Un noyau. de câbleisoléavec une composition contenait des parties égales de caoutchouc traité à la chaleur et de balata dérésiné avait une constante diélectrique de 2,6 et an angle de différence de phase de 9 minâtes , 1 secon de .
Des grandeurs électriques ci-dessus données pour des compositions comprenant du caoutchouc, traitéà la chaleur avant ou après coagulation, il apparait que ces composi- tions sont bien mieux adaptées , en ce qui concerne leurs caractéristiques électrique pour l'isc.lation de conduc- teurs pour la transmission à haute fréquence, que la gat- ta-percha . A ce sujet, une question importante est celle des faibles pertes diélectriques de ces compositions aux fréquences de transmission de la parole ou de messages Plus le facteur de puissance est petit et, conséquemment la différence d'angle de phase, plus les pertes diéloctri- 'lues sont faibles.
Les valeurs ci-dessas données, se rap- portent à des mesures effectives à la température ordinai- re et à la pression atmosphérique. ces valeurs ne changent @ pés de façon appréciable lorsque les produits sont soumis aux basses températures et aux pressions élevéos existant au fond de la mer.
Ainsi, an noyau de câble avec un iso- lement de la composition ci-dessus mentionnée, contenant 35% de caoutchouc traité à, la chaleur, 30% de balata déré- siné et 35% de cire de lignite raffinée et ayant une lon- gaeur de 220 pieds et an diamètre extérieur de 0,46 pouces,
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possède une capacité électrostatique par mille marine de 0,313 microfarads et une conductance de 17,2 microhms par mille à 25 C, à la pression atmosphérique et pour 900 périodes à la seconde. Lorsque la pression était augmentée à 5000 livres par pouce carré et que la température était abaissée à C C, la capacité fut trouvée être de 0,316 mi- crofarads et la conductance de 12,2 microhms.
Des noyaux de câble isolés à la gutta-percha ne changent pas sensible- ment en capacité aux pressions augmentées et aux tempera- tares réduites, comme décrit, mais leur conductance aug- mente dans ces conditions, jusqu'à des valeurs environ trois fois plus grandes. Aux conditions de température et de près sion d'eau profonde, un noyau isoléà la gutta-percha, ayant les dimensions données ci-dessus, a une conductance d'en- viron 50 microhms par mille marine.
Quoique cotte invention ait été décrite du point de vua de l'isolation des'câbles sous-marins, il est évident qu'elle est diane application plus générale aux matières isolantes et ce, plus spécialement à des matières isolantes qui peuvent âtre soumises à l'influence de l'huk midité ou de l'eau. Le produit de caoutchouc résultant de ce procédé de traitement par la chaleur est aisément vulca- nisé et peut, sous cette forme trouver de larges applica- tions comme matière isolante.
REVENDICATIONS.
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