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PERFECTIONNEMENTS AUX PROCEDES DE REVETENENT PAR DES RESINES ET APPLICATIONS
DES MATERIAUX AINSI ENDUITS.
L'invention est relative à des firme résinaux adhérents déposés par électrolyse, à des compositions électrolytiques permettant de les préparer et aux applications des matériaux ainsi revêtus, Les feuilles ou les fils de métal ou encore les tissus enduits de ces résines suivant l'invention, sont utilisables à la fois pour la décoration et pour la protection d'appareils, notamment dans le domaine électrique* En particulier,.on peut obtenir ainsi d'excellents isolements pour les conducteurs électriques, ce qui élève la ri- gidité diélectrique;
on peut aussi réduire l'encombrement de condensateurs, tout en maintenant constante leur capacité, ou bien augmenter celle-ci pour un
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epcombrement constant*
On peut également revêtir des surfaces métalliques de métaux, par ailleurs oxydables, tels que le cuivre et ses alliages, le fer et ses al- liages, le zinc, l'étain, le plomb, l'aluminium, etc.., de façon à les protéger contre l'altération chimique, ou à soustraire à cette altération les matérieur en contact avec de tels métaux, Comme exemple, on indiquera que les feuilles métalliques, des papiers ou des tissus recouverts avec les nouveaux films rési- neux, conformément à l'invention, sont utilisables pour envelopper des produits comestibles.
On peut également employer ces revêtements résineux pour empêcher la corrosion des métaux en contact avec des vapeurs ou des liquides acides, par exemple des vapeurs acides émises par des huiles chauffées*
On peut obtenir encore des effets à la fois protecteurs et déco- ratifs, exactement comme avec l'emploi classique des laques, peintures et ver- nis.
Enfin, lorsque des tissus sont recouverts de ce revêtement rési- neux, ils peuvent recevoir un'grand nombre d'applications, particulièrement celles dans lesquelles on exige une bonne résistance aux huiles grasses ou aux huiles minérales. Ils conviennent donc au revêtement des conducteurs électri- ques employés dans les transformateurs, ou encore au revêtement des câbles et à leurs joints, etc...
A titre d'exemple de l'invention, on indiquera comment obtenir un revêtement mince et isolant qui résiste à la corrosion, à partir d'une ré- sine soluble dans les alcalis telle que la gomme laque, et la façon de la dé- poser sur une surface métallique ou sur un tissu. On obtient de tels dépôts à partir d'un grand nombre de variétés de solutions, comme expliqué plus loin.
L'enduit se dépose sur l'anode constituée par le métal de base, d'ailleurs quel- conque, et de préférence sujet à l'oxydation ou à la corrosion. Suivant l'in- vention, il est préférable d'effectuer le dépôt en utilisant le courant conti- nu, mais il est toutefois possible, moyennant certaines précautions, d'employer le courant alternatif comme on va l'indiquer.
Pour effectuer ces enduits résineux, on utilise de préférence des @ solutions saturées ou presque par rapport à leur constituant résineux. On peut utiliser à cet effet un grand nombre de résines différentes telles que la colo- phane, le mastic, la gomme dammar, la sandaràque, le sang-dragon, la gomme laqte l'ambre, la gomme kauri et.les oléorésines naturelles. En général, c'est la gomme laque qui doit être préférée. En abréviation, on désignera.collectivement @
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sous le nom de résines solubles dans les alcalis, toutes celles qui peuvent , être employées.
On ajoute par exemple 100'parties en p'oids de gomme laque à environ 500 parties en poids d'eau distillée exempte de chlorures et renfermant cinq parties d'un réactif alcalin. On suppose que ce réactif hydrolyse la gom- me laque et lui permet de se dissoudre,A cet effet, le mélange est mis à bouil- lir pendant un temps suffisant pour obtenir une solution claire. D'habitude, il suffit d'une heure, bien que la durée exacte varie à la fois avec la quantité totale à traiter et les différentes conditions opératoires, Comme réactif alca- lin, on peut utiliser les hydroxydes, carbonates, borates ou phosphates alcalin; ou encore les hydroxydes alcalino-terreux. En fait, toutes les matières alcali- nes permettent d'obtenir l'hydrolyse à partir des résines solubles dans les alcalis et sont utilisables suivant l'invention.
Il est cependant préférable d'employer le carbonate de soude, tandis que si on utilise les borates, il est souvent nécessaire d'ajouter une petite quantité d'ammoniaque pour permettre l'hydrolyse complète de la résine, Par exemple ,si on emploie du tétraborate d'ammoniaque, il est bon d'ajouter, après l'ébullition, quelques unités % d'ammoniaque concentrée, puis on poursuit l'ébullition jusqu'à élimination de @ cet excès d'ammoniaque, S'il est nécessaire, on filtre le mélange qui est alors prêt à l'emploi.
Le dépôt de la résine est effectué de préférence sous courant continu, la matière à revêtir fonctionnant comme anode. On peut toutefois em- ployer du courant alternatif, à condition qu'une électrode au moins soit oxy- dable (aluminium ou tantale par exemple) et du type dit à couche d'arrêt. D'au- tre part, sans cette précaution, le revêtement obtenu sur courant alternatif est poreux et ne convient ni comme protecteur, ni comme diélectrique, Il est probable que l'électrode oxydable produit un effet de rectification grâce à la formation bien connue d'un oxyde par électrolyse, ce qui permet d'obtenir un dépôt satisfaisant de résine à la fois sur les deux électrodes* Dans ce cas, on obtient donc une association du dépôt résineux et de l'oxyde,
Si on dépose la gomme laque sur le cuivre par courant continu ou alternatif,
il est préférable que l'électrode soit chauffée entre 85 et 98 C. environ. Si, au contraire, on recouvre un métal oxydable comme l'aluminium, il vaut mieux travailler à des températures plus basses, 35 à 45 C. par exemple, car la formation de l'oxyde n'est alors pas trop importante et permet le dépôt de la gomme laque. On peut utiliser des tensions de 500 volts sous courant @
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continu ou une tension alternative équivalente pour le dépôt de la gomme laquer Toutefois, sous courant continu, il vaut mieux ne pas dépasser 200 volts environ, et sous courant alternatif 110 volts. Au début de l'électro- lyse, l'intensité du courant est calculable d'après la tension et la surface d'anode utilisées.
Plus ces caractéristiques sont grandes, et plus le courant obtenu est intense) mais cette intensité s'abaisse rapidement jusqu'à une valeur négligeable si on maintient sous tension. Il suffit, en général, d'une seconde ou deux pour réduire l'intensité à une basse valeur. Simultanément, avec cette réduction de courant, il se forme un revêtement de gomme laque dont l'épaisseur varie avec les conditions de dépôt, notamment la tension ap- pliquée, la nature du courant et la présence ou l'absence d'un métal oxydable à couche d'arrêt. On a obtenu des revêtements dont l'épaisseur est comprise entre 0,00065 mm. et 0,01 mm. D'ordinaire, on préfère les épaisseurs de l'or- dre de 0,025 mm., sauf lorsqu'on veut construire certains condensateurs spé- ciaux qui doivent posséder une très grande capacité.
Si le film obtenu d'abord sous une certaine tension est immergé de nouveau dans la même solution et sou mis à une tension plus élevée, il y a accroissement instantané de l'intensité du courant, et celle-ci tombe rapidement à une valeur négligeable. A ve point de vue, le dépôt résineux se comporte comme la formation des oxydes électro- lytiques sur les métaux oxydables à couche d'arrêt.
Une fois que le film ou le revêtement a été convenable- ment formé, on le lave pour en enlever les sels adsorbés, et on le fait mûrir par un traitement thermique, de préférence à l'air. La durée de ce traitement dépend de la température utilisée. En général, il convient de maintenir le revêtement pendant environ une minute entre 200 et 400 @ C. Naviron,
Pour certaines applications, il est utile que le revêtement soit très flexible c'est le cas des revêtements sur fils de cuivre ou autre métal fils utilisés dans les moteurs, les transformateurs ou les câbles. Dans ce cas, le meilleur procédé consiste à rendre flexible ou plastique le revête- ment résineuk par addition d'un plastifiant à la solution alcaline de résine servant au dépôt.
Comme plastifiants convenables, on a trouvé avantageux le latex de caoutchouc et les savons alcalins ou ammoniacaux des acides gras ; oléates, palmitates ou stéarates, produits d'hydrolyse obtenus à partir d'un alcali et d'une huile végétale, celles de ricin, de lin, de coton, de coco, @ etc.. par exemple. Si, en général, tous les savons semblés dans l'eau sont
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utilisables comme plastifiants, il est préférable d'employer l'huile de ri- cin hydrolysée, bien que l'invention né' se borne pas à celle-ci. L'hydrolyse de l'huile de ricin est effectuée de préférence en la chauffant entre 180 et 190 , dans les proportions de 200 grammes d'huile pour 43 grammes de potasse @ caustique.
Ce produit apporte de la plasticité au film résineux, à condition de l'incorporer au bain à une concentration qui peut atteindre ou dépasser 10 %. Toutefois, il est préférable , en général, de limiter ce taux à 3% en- viron du poids total de la solution alcaline de résine. Des films de gomme laque déposés ainsi sur des fils de cuivre (diamètre 0,02 mm.), possèdent une excellente plasticité et une grande adhérence au métal.
La description précédente s'applique au revêtement des métaux.
On peut employer des méthodes analogues pour le dépôt des films résineux sur des substances non conductrices telles que les étoffes et la fibre.Dans ce cas, il faut évidemment traiter d'abord les matières non conductrices au moyen d'une substance conductrice, pour leur permettre le fonctionnement com- me anodes Un traitement convenable consiste à imprégner un tissus, du papier ou une matière fibreuse analogue avec du graphite ou un métal finement divisé ou mieux encore un sel conducteur6 On obtient un tissus convenablement traité en l'immergeant dans une solution à 10 % de carbonate de soude ou de borate d'ammoniaque dans 1teau.
Le tissu ainsi traité est devenu conducteur; on le connecte à l'anode d'un circuit à courant continu ou à une électrode sur cou- rant alternatif, à condition que l'autre électrode soit du type oxydable à couche d'arrêt. On fait alors passer lentement le tissu dans la solution d'é- lectrolyte. On peut opérer à des températures et sous des tensions variées, mais, en général, il est préférable d'opérer entre 100 et 200 volts courant continu et dans une solution à 80 ou 90 C.
Si l'on veut un revêtement de gomme laque plus épais, on l'obtient de la manière la plus simple en répè- tant l'imprégnation du tissu dans la solution conductrice, puis l'électrolyse,
Les tissus revêtus de résine sont alors lavés pour en éliminer les sels adsorbés, puis on les traite à 100 C. pendant une durée convenable, de l'ordre de 2 à 5 heures en général. On peut effectuer un traitement puls ra- pide et souvent préférable en faisant passer le tissu lavé et enduit de rési- ne entre des cylindres chauffés dont la température superficielle est de l'or dre de 250 à 300 0*
Les revêtements résineux obtenus conformément à l'invention sont
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compacts non poreux et bien adaptés à l'emploi quand la corrosion est à craindre.
Ainsi, un film de résine naturelle sur un fil de cuivre protège efficacement ce dernier contre l'action chimique de l'acide nitrique concen- tré. On a constaté que des films imperméables de cette nature conviennent particulièrement comme protecteurs et agents de décoration, car on peut en- suite les teindre avec de nombreuses matières colorantes.
Ces revêtements sont particulièrement utiles sur des conducteurs de cuivre, lorsque ceux-ci doivent être employés dans des récipients remplis d'huile, comme par exemple les câbles, les transformateurs ou les condensa- teurs.
Le cuivre ne subit pas d'altération chimique ou électrique marquée dans l'huile minérale avec laquelle il est en contact, mais, dans les condi- tions oxydantes de fonctionnement, communes à la plupart de ces appareils, le cuivre catalyse l'oxydation accélérée de l'huile qui devient acide, boueuse, etc.. Il se forme des savons de cuivre solubles et particulièrement nuisibles par leurs effets chimiques et électriques. Revêtu d'un enduit résineux prépa- ré comme ci-dessus, le cuivre est effectivement protégé contre les huiles ise lantes qui n'entrent plus en contact avec lui; il y a suppression de tous les effets nuisibles d'ordre électrique ou chimique consécutifs au contact cui- vrc-huile,
Pour beaucoup d'appareils électriques, on emploie des conducteurs métalliques, en cuivre par exemple, qu'on a émaillés.
Dans certains cas, ces conducteurs peuvent être ensuite gainés avec du coton et du papier. On appli- que d'habitude l'émail par voie mécanique, puis on le soumet à un durcisse- ment à l'étuve. On exige que de tels revêtements possèdent une bonne flexi- bilité, que leur épaisseur soit uniforme et qu'ils aient une rigidité diélec- trique suffisante.
Le dépôt électrolytique de la résine (convenablement plas- tifiée par l'huile de ricin hydrolysée ou par le latex de caoutchouc par exemple), permet d'obtenir des fils des types usuels dans la construction des moteurs et des transformateurs avec d'excellents résultats, La plasticité du revêtement est très bonne, l'adhérence parfaite,et la rigidité diélectrique reste de l'ordre de 500 volts lorsqu'on immerge le fil dans du mercure, ce dernier fonctionnant comme électrode de polarité opposée à celle du cuivre,
L'uniformité du revêtement est égale à celle des meilleurs fils émaillés.
Les films résineux décrits ici conviennent tout particulièrement
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à la construction de condensateurs électrolytiques ils permettent en effet de supprimer les diaphragmes en papier employés généralement et qui ont l'in- convénient d'accroître le volume de ces condensateurs4 Le papier n'est jamais de qualité uniforme;
il est ainsi indispensable de puperposer au moins trois @ couches de papier pour former un bon diaphragme, ce qui abaisse-la capacité en conséquence*
Les enduits résineux électrolytiques sont particulièrement favo- rables pour la construction des condensateurs qui doivent fonctionner sous 110 volts4 Dans ce cas on utilise trois épaisseurs du papier le plus fin, tandis que le revêtement électrolytique de gomme laque permet de supprimer ces papiers ou de nten conserver seulement qu'une épaisseur pour le fonction- nement sous 110 volts. Le revêtement de gomme laque pouvant être réduit à l'épaisseur de 0,0006 mm, , on accroît en conséquence la capacité de l'appa- reil.
Dans certains cas, on a même pu supprimer tout diaphragme de papier, à condition d'employer deux armatures revêtues de gomme laque. Les condensa- teurs ainsi construits, une fois imprégnés avec un diélectrique liquide con- venable tel que l'huile minérale ou le diphényle chloré, possèdent un facteur de puissance moindre que 5 à 10 %. par conséquent parfaitement compatible avec l'emploi continu sur courant alternatif, ainsi qu'on va maintenant le préciser
On décrira d'abord l'emploi d'un électrolyte résineux dissous dans un alcali, en solution aqueuse, comme constituant des condensateurs électrolytiques dont les armatures sont revêtues de couches résineuses.
On utilise donc des électrodes recouvertes d'un film résineux très fin, déposé par électrolyse d'une dispersion aqueuse telles que celles décrites plus haut t complexe ou composé chimique d'une résine convenable et d'un alcali. La résine naturelle peut être l'une quelconque de celles énumérées.
On réalise de tels films soit sur un métal dont l'oxydation ne donnepas de couche d'arrêt isolante, soit sur un métal à couche d'arrêt.
Dans le premier cas, on utilise le cuivre, le nickel, le fer, l'étain, etc.. ou leurs alliages, dont les oxydes ou hydroxydes ne sont pas susceptibles d'interrompre le passage du courant. Ainsi qu'il est bien connu, il existe au contraire des métaux qui se recouvrent d'un revêtement isolant (l'alumi- nium ou le tantale par exemple) lorsqu'ils se trouvent oxydés par voie humi-
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-de. Les métaux de cette seconde catégorie peuvent être aussi utilisés comme supports des revêtements résineux pour être montés suivant l'invention. On indiquera d'abord ici l'emploi de métaux à revêtement diélectrique résineux, servant comme armatures de condensateurs.
Les condensateurs ainsi construite peuvent être du tyoe électrolyttque : auquel cas, ils renferment un électro- lyte convenable, par exemple une solution de gomme laque hydrolysée, ou toute autre résine dispersée dans les alcalis.
Les condensateurs décrits sont schématisés sur les dessins, Les fil-. 1 et 3 représentent ceux du type à enroulement ; lesfig.2, 4 et 7 ceux à plaques superposées; les Fig.5 et 6, un mode particulier de prépara- tion continue.
Ayant donc préparé une des dissolutions alcalino-résineuses comme on l'a indiqué ci-dessus, avec ou sans plastifiant, on en revêt les feuilles métalliques destinées à servir d'armature, soit avant, soit après leur assem- blage dans le condensateur. I1 est toutefois préférable, en général, de réa- liser ce revêtement sur les feuilles brutes avant de les enrouler ou de les superposer dans les condensateurs. Dans certains cas et bien que ce ne soit pas nécessaire, on peut utiliser un diaphragme convenable qui sépare les ar- matures juxtaposées. Le condensateur peut d'ailleurs être d'un des types prin cipaux schématisés sur les figures.
Sur la fig.l, le condensateur est à enroulement et ses armatures 1 et 2 sont enduites superficiellement et séparées l'une de l'autre par des diaphragmes 3, 4 constitués par du papier, de la mousseline ou toute autre matière poreuse. Les bornes 5 et 6 sont fixées sur les armatures. Dans les condensateurs à plateaux, du type représenté fig.2, les armatures 7 et 8 sont à enduit superficiel, mais il n'y a pas de diaphragme autre que le film résineux qui recouvre les armatures. Les films de résine sont schématisés par les cadres en pointillé 9 et 10; ces films peuvent être d'une épaisseur si faible et si transparents qu'ils deviennent invisibles,
Le type particulier d'armatures dépend, dans une certaine mesure, de la tension d'utilisation.
Pour l'emploi sur circuits à courant continu, @ les armatures peuvent être en cuivre, aluminium, fer, nickel,ou. tout autre métal convenable. Il n'est pas nécessaire que les armatures soient à couche d'arrêt. Pour l'emploi sur des circuits à courant alternatif, il faut qu'une armature au moins soit à couche d'arrêt et l'on préfère l'aluminium.
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Quand la solution résineuse est électrolysée sous courant continu, le film résineux se dépose sur ltode. Si le dépôt est effectué sur un métal non susceptible de donner une couche d'arrêt, le cuivre par exemple, on pré- fère réaliser ce dépôt entre 80 et 90 c. Avec ul métal oxydable comme l'alu:. minium; une température plus basse' (de l'ordre de 35 à 45 c.) devient pré- @ férable, ce qui limite le dépôt d'oxyde électrolytique sur le métal de base, à une épaisseur aussi faible que possible.
Quand on dépose sous courant alternatif le revêtement de gomme laque à partir de sa solution, on doit observer différentes conditions. Si l'on emploie deux électrodes de cuivre et du courant alternatif, l'enduit obtenu n'est satisfaisant sur aucune des deux électrodes. Si l'une au moins s'oxyde avec une couche d'arrêt, on obtient au contraire des dépôts résineux satisfaisants, On croit pouvoir expliquer ces faits en admettant que la ré- sine se dépose sur l'anode au cours d'une demi-période, mais ce dépôt est enlevé pendant la période de polarité inverse, ce qui en définitive donne un film peu adhérent, lâche ou pelucheux, mal adapté aux condensateurs.
Si au moins une des armatures est à revêtement Isolent, la rectification du courant intervient et le film résineux obtenu est compact sur les deux arma... tures; il est intimement mélangé avec l'oxyde sur l'armature oxydable. Bans le cas des circuits à courant alternatif, il est préfarable d'utiliser une armature de cuivre et une d'aluminium.
Pour le revêtement électrolytique de gomme laque sur les métaux, on peut utiliser des courants alternatif ou continu à haute ou à basse ten- sion, à condition d'observer les précautions ci-après. L'épaisseur du film résineux obtenu dépend des conditions de dépôt, notamment température et tension appliquée* Ceux à base de gomme laque peuvent être obtenus sous é- paisseurs comprises entre 0,01 et 0,00065 mm, d'épaisseur. Quand on applique la tension aux armatures nues (sans couche isolante) plongées dans la solu- tion résineuse, le courant passe et son intensité dépend des cnditions de formation du film :tension appliquée et surface d'armatures.
Ce courant tombe rapidement à une valeur négligeable; mais si l'on élève la tension au delà de sa valeur initiale, le courant passe de nouveau, puis s'arrête pres- qu'aussitôt, pour redevenir d'intensité négligeable. Il est possible de déposer des films de gomme laque de caractéristiques satifaisantes à partir des solutions décrites, sous des tensions pouvant atteindre 500 volts cou-
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-rant continu, sans qu'il y ait rupture de la couche ou autre effet nuisible.
On associe de préférence les feuilles à revêtement de résine dans les condensateurs dont l'électrolyte renferme une solution à 1% de car- bonate de soude saturée de gomme laque, comme on l'a indiqué plus haut. Mais bien que la description ait été faite avec cet électrolyte, l'invention n'est pas limitée à ce point particulier.
Les feuilles ainsi revêtues de résine et éventuellement d'acide au moyen d'un courant continu ou alternatif convenable, sont assemblées dans le condensateur dont les armatures peuvent être séparées les unes des autres par un diaphragme convenable, de préférence ayant une structure poreuse, On peut obtenir de tels diaphragmes en utilisant du papier à base de cellulose alpha et de coton dont les caractéristiques moyennes sont les suivantes :
Cendres ....................... Max. 0,3
Chlorures moira de 25 x 10-6
Sulfates Néant
Densité 0,45 à 0,55
Résistance à 2!air Nulle
Nombre de particules conductrices:moins d'une pour 90 cm2
Epaisseur ..................... 0,025 à 0,076 mm.
On utilise de préférence deux ou trois feuilles d'un tel papier entre les armatures. L'emploi d'un tel diaphragme n'est d'ailleurs pas essentiel, les condensateurs ayant pu être construits de façon satisfaisante avec des feuil- les qui sont séparées seulement par le film résineux, comme on l'a schématisa sur la fig.2.
Une fois que les armatures du condensateur ont été assemblées avec ou sans diaphragme, on imprègne le condensateur avec la composition é- lectrolytique, de préférence à base de gomme laque. De cette manière, les revêtements défectueux en certains points se trouvent automatiquement res- taurés pendant le fonctionnement. Cela est surtout vrai quand on emploie des métaux ne donnant pas de couche d'arrêt, tels que le cuivre. L'imprégnation doit être faite à des températures de l'ordre de 90 à 95 @ O. On exerce de préférence une certaine pression, par l'intermédiaire d'un gaz, pout empê- cher l'évaporation des constituants volatils de l'électrolyte, l'eau par exemple.
Lorsque les conducteurs ainsi préparés doivent fonctionner sous @ courant continu, le revêtement résineux doit se trouver sur l'anode quand on emploie pour celle-ci un métal à oxyde non Isolant. Si on travaille sur cou- rant alternatif et qu'on utilise deux armatures à revêtement de résine, une au moins doit être en outre à couche d'arrêt, donc en aluminium ou autre métal ayant la même propriété.
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Les condensateurs du type décrit sont caractérisés par des fac- -teurs'de puissance d'au plus 10% et ne perdent leurs caractéristiques que de façon négligeables leur capacité est de l'ordre de celle des condensateurs élec- trolytiques antérieurement connus à base d'aluminium ou métaux à couche d'arrêt.
Les condensateurs du type décrit fonctionnent sans détérioration électrique sur le courant 110 volts continu, ou alternatif, même s'ils restent constamment sous tension.
On décrira maintenant avec quelques détails, les condensateurs électrolytiques à encombrement réduit pour une capacité donnée, et sans dia- phragme,, Les condensateurs électrolytiques à diaphragme poreux entre armatures contigïes sont bien connus. Leur diaphragme est toujours une source de difficul- tés et d'encombrement, parce qu'il est en papier dont une seule feuille est in- suffisante* L'épaisseur de la feuille de papier ne peut être inférieure à 0,0076 mm. sous peine de lui faire perdre toute ténacité* On se libère de ces difficultés en utilisant des électrodes métalliques à revêtement résineux et en supprimant le diaphragmes Les électrodes peuvent être en aluminium, cuivre , nickel ou autre métal malléable en feuilles minces.
Le film résineux peut être constitué par un vernis à l'huile de lin ou par un vernis ou résine phénolique, ou résine alkyd, par un revêtement de caoutchouc, un ester d'un éther de cellu- losei Ce revêtement est appliqué par trempage ou par projection au pistolet puis l'enduit est durci par traitement thermique dans des conditions connues.
Conformément à ce qui précède, il est préférable de réaliser le revêtement par électrolyse car il est uniforme, dense, avec une épaisseur mini- mum; de plus, on choisit une résine naturelle, la gomme laque donnant des résul- tats particulièrement avantageux.
Comme dans ce qui précède, la solution génératrice de l'enduit résineux est une dispersion ou combinaison de résine et d'un alcali dans un véhicule liquide, l'eau de préférence. Tous les réactifs sont exempts de chlo- rures. La préparation des solutions et leur électrolyse pour obtenir l'enduit résineux sont exécutées conformément à la description précédente. Sur courant continu on utilise deux électrodes quelconques, l'anode servant ensuite d'arma- ture au condensateur.Sur courant alternatif une au moins des électrodes est à couche d'arrêt (aluminium de préférence).
Quand on emploie le dépôt électrolytique de gomme laque, on peut l'exécuter sur l'une des armatures, ou sur les deux. Si on ne recouvre
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qu'une armature, il est préférable d'enduire l'autre avec un revêtement minéral par exemple, cette seconde électrode est en aluminium oxydé en surface par 1?un des procédés classiques.
Les deux électrodes élémentaires et le revêtement destiné à les séparer sont assemblés, soit par enroulement comme dans la fig.3, soit par su- perposition (fig.4). L'armature 1 peut être en feuille d'aluminium recouverte de l'enduit résineux 12. L'armature 2 est recouverte d'oxyde en 14. On a indi- qué schématiquement les bornes 5 et 6.
La fig.4 montre schématiquement un condensateur par juxtaposition dont les armatures 7 et 8 sont pourvues des bornes 13 et 11. L'armature 7 est recouverte de résine, suivant 16, et l'armature 8 de l'oxyde, comme indiqué schématiquement en 15. Bien que ces enduits soient extrêmement minces et insé- parables des plaques métalliques qu'ils recouvrent, on les a représentés séparés de ces plaques pour mieux faire comprendre la disposition de l'ensemble.
Une fois assemblés, les condensateurs sont imprégnés avec un li- quide semi-conducteur convenable dont la résistance possède une valeur suffisam- ment basse pour que le liquide constitue en fait une sortie de prolongement de la surface d'électrode, Par exemple, on peut adopter des résistances de l'ordre de 106 ohms par cm3 à 25 c., ou des résistances encore plus basses; mais en aucun cas, on de doit dépasser 108 ohms par cm3 à 25 C. On sait d'ailleurs que les pertes d'énergie sont plus faibles quand on choisit convenablement la conductibilité de l'électrolyte d'imprégnation.
Comme liquides convenant bien pour diélectriques, on peut citer les esters phosphoriques revendiqués au brevet 376. 978 du 31 Janvier 1931 pris par la Société demanderesse. On peut cependant leur ajouter des liquides du type des alcools ou des mélanges de tels liquides dont certains de grande utilité, On a par exemple, avantage à utiliser le glycol éthylénique, la glycérine ou des mélanges de ces deux substances. On a trouvé avantageux l'emploi de leurs mélanges.
Le condensateur peut être imprégné avec le liquide choisi en opérant de la façon usuelle, c'est-à-dire avec vide préalable et à 100 0., ou bien simplement par immersion. En général, celle-ci est préférable, le liquide choisi étant porté à une température de 100 à 105 C. L'imprégnation dure de 6 à 2 heures, la température la plus'-élevée correspondant à la plus faible durée d'imprégnation.
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La capacité des appareils du type semi-conducteur préparés ainsi, avec des armatures en feuilles métalliques, varie depuis 14,9 16,75 décimètres carrés de feuilles actives par microfarad jusqu'à 75, dm2 par microfarad.
Comme l'épaisseur du film résineux est bien inférieure à celle de l'isolant en papier ou en mousseline, le volume d'un condensateur de capacité donnée est sensiblement plus petit que celui des condensateurs antérieurement connus.
La capacitance et le facteur de puissance des condensateurs ainsi traités sont fonction de la résistance du'liquide d'imprégnation, Si on emploie le mélange de glycérine et de glycol éthylénique, la résistance varie avec la proportion de ces deux ingrédients, La capacité croit avec le taux de glycérine mais le facteur de puissance grandit très rapidement dès que le taux de glycérine surpasse 50 %. Il est préférable d'utiliser un mélange à poids égaux de glycol éthylénique et de glycérine : sa résistivité est associée aux pertes d'énergie les plus faibles. Avec cet imprégnant, le facteur de puissance est inférieur à 8 à 25 c., 60 périodes, 110 volts, et la capacité correspondante est de 1 microfarad pour 10,2 à 11,2 dm2 de feuille active.
On va enfin décrire un procédé de préparation des armatures de condensateurs recouvertes de films résineux minces, en prenant pour exemple le cas des armatures à couche d'arrêt, utilisées sans diaphragme poreux.
Comme déjà signalé, la structure des condensateurs obtenus est telle que leur capacité par unité de volume se trouve accrue, leur fabrication simplifiée et leur efficacité est améliorée grâce au revêtement complexe d'une au moins des armatures, ce qui permet de supprimer le diaphragme poreux.
Le procédé consiste à partir de feuilles d'aluminium ou de tout autre métal à couche d'arrêt, revêtir leur surface avec un revêtement formant couche isolante superposée avec un enduit résineux électro-perméable, l'ensemble de ces couches étant le résultat d'une action électrolytique. La couche résineuse peut être à base de gomme laque :on la dépose d'abord, puis on crée l'enduit isolant sous couche de résine.
Sur la fig.5, on a représenté le schéma d'un appareil permettant de réaliser la série des opérations de fabrication. La fig.6 montre un élément d'armature, et la fig.7 est le schéma d'un condensateur fabriqué suivant l'invention.
Sur la fig.B, on voit une feuille de longueur illimitée de métal d'armature, par exemple d'aluminium, de tantale, de magnésium ou d'un alliage
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convenable. Cette feuille est d'abord immergée dans un électrolyte qui permet de déposer une couche convenable de résine. Cet électrolyte peut être réalisé en dispersant une résine soluble dans les alcalis, dans l'eau ou l'on a préa- lablement dissous un alcali approprié. On peut utiliser, soit la gomme laque dont l'origine est une sécrétion d'un insecte, ou l'une quelconque des résines mentionnées ci-dessus. On peut utiliser toutes les solutions alcalines déjà indiquées.
Dans certains cas, on peut ajouter des plastifiants ou des ma- tières qui donnent la flexibilité, que l'on a décrites plus haut.
Sur la fig.5, on voit la bande indéfinie d'aluminium 24 traitée successivement, de façon à y déposer le revêtement complexe. La feuille 24 est d'abord introduite dans un récipient 21 qui contient une solution de tésine 22, par exemple la solution de gomme laque décrite ci-dessus. On opère entre 35 et 45 C. de préférence. Le récipient comporte une cathode 23 et l'on fait passer un courant continu convenable entre cette cathode 23 et la feuille 24 qui sert d'anode.
Il convient d'assurer le fonctionnement sous 160 volts, ce qui permet de déposer un film de gomme laque sur la feuille à mesure qu'elle ppsse dans la solution d'électrolyte 22 à une vitesse telle que la feuille reste immergée dans cette solution environ une minute ; durée n'est d'ailleurs pas impérative. Par exemple, le passage peut être fait à la vitesse de 100 mm. par minute avec immersion simultanée de 75 mm. dans la solution, ce qui donne une durée d'immersion d'environ 45 secondes dans cette solution. La feuille poursuit son trajet du récipient 21 à une étuve 26 où elle se trouve chauffée entre 100 et 200 C. pendant une à deux minutes. Elle passe alors dans un au- tre récipient 27 qui renferme l'électrolyte aqueux destiné à produire sur le métal la couche d'arrêt par oxydation.
Ce second électrolyte peut être oonsti- tué par une solution mixte de borax et d'acide borique. On peut maintenir l'éu- lectrolyte vers 95 C. La tension appliquée varie avec celle à laquelle sera soumis le condensateur terminé. Il est préférable d'effectuer ltoxydation sous une tension égale au légèrement supérieure à celle,à laquelle fonctionnera le @ condensateur sous courant alternatif lors du maximum de tension instantanée.
Par exemple, pour l'application de courant alternatif de 110 volts, on utili- sera une tension continue d'environ.160 volts pour ce traitement électrolytique.
@ De même que pour le premier traitement; la feuille sert d'anode et l'on emploie
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l'électrode 28 comme cathode, Le film résineux étant appliqué sur la feuille, @ préalablement au traitement électroyltique,l'électrolyse se produit sous le film exactement comme si l'enduit résineux n'existait pas. Finalement, on sèche la feuille métallique en la passant dans une étuve 30 maintenue aussi entre 100 et 200 e. de façon à y séjourner pendant,/une à deux minutes. Si on prolonge trop la durée de chauffage ou que l'on opère à trop haute température, le film devient imperméable à l'électrolyte et ne permet plus le passage du courant.
Finalement, on enroule la feuille préparée sur une bobine 31 et elle est prête à l'emploie
Deux couches d'une telle feuille peuvent être juxtaposées de manière à constituer les armatures d'un condensateur, comme représenté schématiquement sur la fig.7, sans qu'aucun diaphragme poreux soit nécessaire. On doit comprendre que l'assemblage du condensateur peut être effectué de toute manière voulue, soit par superposition, soit par enroulement, etc.. Le condensateur terminé peut alors être imprégné avec tout électrolyte convenable.
Une fois imprégné, le condensateur est enfermé dans un récipient et on le munit des bornes nécessaires à son emploi.
Les condensateurs ainsi préparés pour des circuits à courant alternatif 110 volts possèdent un facteur de puissance inférieur à 10 %. leur capacité est d'environ 1 microfarad pour 55 cm2 de surface active de feuille.
Comparativement aux condensateurs électrolytiques déjà connus, ceux ainsi préparés sont plus avantageux que les condensateurs à diaphragme de papier, aussi bien en ce qui concerne leur longévité que la permanence de leurs caractéristiques. Leur avantage principal est dû à ce que le film résineux est d'épaisseur très faible comparativement aux feuillets de papier équivalents de sorte que, pour une capacité donnée, on réduit sensiblement le volume de l'appareil.
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IMPROVEMENTS IN THE COATING PROCESSES BY RESINS AND APPLICATIONS
MATERIALS THUS COATED.
The invention relates to firm adherent resins deposited by electrolysis, to electrolytic compositions making it possible to prepare them and to the applications of the materials thus coated, the sheets or the metal threads or even the fabrics coated with these resins according to the invention, can be used both for decoration and for the protection of apparatus, in particular in the electrical field. In particular, excellent insulations can thus be obtained for the electrical conductors, which increases the dielectric strength;
it is also possible to reduce the size of the capacitors, while keeping their capacity constant, or else to increase it for a
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constant bulk *
Metal surfaces can also be coated with metals which are otherwise oxidizable, such as copper and its alloys, iron and its alloys, zinc, tin, lead, aluminum, etc. to protect them against chemical alteration, or to remove from this alteration the materials in contact with such metals, As an example, it will be indicated that the metallic sheets, papers or fabrics covered with the new resinous films, in accordance with invention, can be used to wrap edible products.
These resinous coatings can also be used to prevent corrosion of metals in contact with acidic vapors or liquids, for example acidic vapors emitted by heated oils *
Both protective and decorative effects can still be obtained, just as with the conventional use of lacquers, paints and varnishes.
Finally, when fabrics are covered with this resinous coating, they can receive a wide variety of applications, particularly those where good resistance to fatty oils or mineral oils is required. They are therefore suitable for coating electrical conductors used in transformers, or for coating cables and their joints, etc.
By way of example of the invention, it will be indicated how to obtain a thin and insulating coating which resists corrosion, from an alkali soluble resin such as shellac, and how to remove it. place on a metal surface or on a fabric. Such deposits are obtained from a large number of varieties of solutions, as explained below.
The coating is deposited on the anode formed by the base metal, anyway whatever, and preferably subject to oxidation or corrosion. According to the invention, it is preferable to carry out the deposition using the direct current, but it is however possible, with certain precautions, to use the alternating current as will be indicated.
To carry out these resinous plasters, use is preferably made of solutions saturated or almost saturated with respect to their resinous constituent. A large number of different resins can be used for this purpose, such as colophane, mastic, dammar gum, sandarac, dragon's blood, amber gum lac, kauri gum and natural oleoresins. In general, shellac should be preferred. As an abbreviation, we will designate collectively @
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under the name of alkali-soluble resins, all those which may be employed.
For example, 100 parts by weight of shellac are added to about 500 parts by weight of distilled water free of chlorides and containing five parts of an alkaline reagent. It is believed that this reagent hydrolyzes the shellac and allows it to dissolve. For this purpose, the mixture is boiled for a sufficient time to obtain a clear solution. Usually, one hour is sufficient, although the exact duration varies both with the total quantity to be treated and the different operating conditions. As alkaline reagent, it is possible to use alkaline hydroxides, carbonates, borates or phosphates. ; or alternatively alkaline earth hydroxides. In fact, all alkaline materials allow hydrolysis to be obtained from the alkali soluble resins and are usable according to the invention.
However, it is preferable to use soda ash, while if borates are used it is often necessary to add a small amount of ammonia to allow complete hydrolysis of the resin, For example, if sodium is used. Ammonia tetraborate, it is good to add, after boiling, a few% units of concentrated ammonia, then the boiling is continued until this excess ammonia is removed. filters the mixture which is then ready for use.
The deposition of the resin is preferably carried out under direct current, the material to be coated functioning as an anode. However, alternating current can be used, provided that at least one electrode is oxidizable (aluminum or tantalum, for example) and of the type known as having a barrier layer. On the other hand, without this precaution, the coating obtained on alternating current is porous and is neither suitable as a protector nor as a dielectric. It is probable that the oxidizable electrode produces a rectifying effect thanks to the well-known formation of dielectric. 'an oxide by electrolysis, which makes it possible to obtain a satisfactory deposit of resin at the same time on the two electrodes * In this case, a combination of the resinous deposit and of the oxide is therefore obtained,
If we deposit the shellac on the copper by direct or alternating current,
it is preferable that the electrode is heated to about 85 to 98 C. If, on the contrary, we cover an oxidizable metal such as aluminum, it is better to work at lower temperatures, 35 to 45 C. for example, because the formation of the oxide is then not too great and allows the deposit of shellac. You can use voltages of 500 volts under current @
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direct current or an equivalent alternating voltage for depositing the shellac. However, under direct current, it is better not to exceed approximately 200 volts, and under alternating current 110 volts. At the start of electrolysis, the intensity of the current can be calculated from the voltage and the anode area used.
The greater these characteristics, the more intense the current obtained), but this intensity drops rapidly to a negligible value if the voltage is maintained. It usually takes a second or two to reduce the intensity to a low value. At the same time, with this reduction in current, a shellac coating forms, the thickness of which varies with the deposition conditions, in particular the voltage applied, the nature of the current and the presence or absence of an oxidizable metal. with stop layer. Coatings with a thickness of between 0.00065 mm were obtained. and 0.01 mm. Usually, thicknesses of the order of 0.025 mm are preferred, except when it is desired to construct certain special capacitors which must have a very large capacity.
If the film obtained first under a certain voltage is immersed again in the same solution and subjected to a higher voltage, there is an instantaneous increase in the intensity of the current, and this quickly falls to a negligible value. . From a point of view, the resinous deposit behaves like the formation of electrolytic oxides on oxidizable metals with a barrier layer.
Once the film or coating has been properly formed, it is washed to remove adsorbed salts therefrom, and cured by heat treatment, preferably in air. The duration of this treatment depends on the temperature used. In general, the coating should be maintained for about one minute between 200 and 400 @ C. Naviron,
For certain applications, it is useful for the coating to be very flexible, as is the case with coatings on copper wires or other metal wires used in motors, transformers or cables. In this case, the best method is to make the resin coating flexible or plastic by adding a plasticizer to the alkaline resin solution used for the deposit.
As suitable plasticizers, rubber latex and alkaline or ammoniacal fatty acid soaps have been found to be advantageous; oleates, palmitates or stearates, hydrolysis products obtained from an alkali and a vegetable oil, those of castor, flax, cotton, coconut, etc., for example. If, in general, all the soaps appearing in the water are
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Usable as plasticizers, it is preferable to employ hydrolyzed castor oil, although the invention is not limited thereto. The hydrolysis of castor oil is preferably carried out by heating it between 180 and 190, in the proportions of 200 grams of oil per 43 grams of caustic potash.
This product brings plasticity to the resinous film, on condition that it is incorporated into the bath at a concentration which can reach or exceed 10%. In general, however, it is preferable to limit this level to about 3% of the total weight of the alkaline resin solution. Shellac films deposited in this way on copper wires (diameter 0.02 mm.) Have excellent plasticity and great adhesion to metal.
The preceding description applies to the coating of metals.
Similar methods can be used for the deposition of resinous films on non-conductive substances such as fabrics and fibers, in which case it is obviously necessary to treat the non-conductive materials first with a conductive substance for their allow operation as anodes A suitable treatment consists in impregnating a fabric, paper or similar fibrous material with graphite or a finely divided metal or better still a conductive salt6 A suitably treated fabric is obtained by immersing it in a solution 10% sodium carbonate or ammonia borate in 1 water.
The fabric thus treated has become conductive; it is connected to the anode of a direct current circuit or to an alternating current electrode, provided that the other electrode is of the oxidizable type with a barrier layer. The tissue is then slowly passed through the electrolyte solution. You can operate at various temperatures and voltages, but, in general, it is preferable to operate between 100 and 200 volts direct current and in a solution at 80 or 90 C.
If you want a thicker shellac coating, you get it in the simplest way by repeating the impregnation of the fabric in the conductive solution, then electrolysis,
The resin-coated fabrics are then washed to remove the adsorbed salts therefrom, then they are treated at 100 ° C. for a suitable period, of the order of 2 to 5 hours in general. A rapid and often preferable pulse treatment can be carried out by passing the washed and resin-coated fabric between heated rolls with a surface temperature of around 250 to 300 ° *.
The resinous coatings obtained in accordance with the invention are
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compact non-porous and well suited for use when corrosion is feared.
Thus, a film of natural resin on a copper wire effectively protects the latter against the chemical action of concentrated nitric acid. It has been found that waterproof films of this nature are particularly suitable as protectors and decorating agents, as they can then be dyed with many coloring materials.
These coatings are particularly useful on copper conductors when they are to be used in oil filled vessels, such as cables, transformers or capacitors.
Copper does not undergo any marked chemical or electrical alteration in the mineral oil with which it comes in contact, but, under the oxidizing operating conditions common to most of these devices, copper catalyzes the accelerated oxidation. oil which becomes acidic, muddy, etc. It forms soluble copper soaps which are particularly harmful by their chemical and electrical effects. Coated with a resinous coating prepared as above, the copper is effectively protected against insulating oils which no longer come into contact with it; there is elimination of all harmful effects of an electrical or chemical order resulting from contact between copper and oil,
For many electrical devices, we use metal conductors, copper for example, which have been enamelled.
In some cases, these conductors can then be wrapped with cotton and paper. The enamel is usually applied mechanically and then subjected to oven hardening. It is required that such coatings have good flexibility, that their thickness be uniform and that they have sufficient dielectric strength.
The electrolytic deposition of the resin (suitably plasticized with hydrolysed castor oil or with rubber latex, for example), makes it possible to obtain wires of the types customary in the construction of motors and transformers with excellent results. , The plasticity of the coating is very good, the adhesion perfect, and the dielectric strength remains of the order of 500 volts when the wire is immersed in mercury, the latter functioning as an electrode of opposite polarity to that of copper,
The coating uniformity is equal to that of the best enameled wires.
The resinous films described here are particularly suitable
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in the construction of electrolytic capacitors they make it possible to do away with the paper diaphragms generally used and which have the disadvantage of increasing the volume of these capacitors4 The paper is never of uniform quality;
it is thus essential to apply at least three layers of paper to form a good diaphragm, which lowers the capacity accordingly *
Electrolytic resinous plasters are particularly favorable for the construction of capacitors which must operate at 110 volts4 In this case three layers of the thinnest paper are used, while the electrolytic shellac coating makes it possible to eliminate these papers or to preserve only one thickness for operation at 110 volts. As the shellac coating can be reduced to a thickness of 0.0006 mm, the capacity of the apparatus is increased accordingly.
In some cases, it has even been possible to eliminate any paper diaphragm, on condition of using two frames coated with shellac. The capacitors thus constructed, when impregnated with a suitable liquid dielectric such as mineral oil or chlorinated diphenyl, have a power factor of less than 5-10%. therefore perfectly compatible with continuous use on alternating current, as will now be specified
We will first describe the use of a resinous electrolyte dissolved in an alkali, in aqueous solution, as a constituent of electrolytic capacitors whose reinforcements are coated with resinous layers.
Electrodes are therefore used covered with a very fine resinous film, deposited by electrolysis of an aqueous dispersion, such as those described above t complex or chemical compound of a suitable resin and an alkali. The natural resin can be any of those listed.
Such films are produced either on a metal whose oxidation does not give an insulating barrier layer, or on a metal with a barrier layer.
In the first case, copper, nickel, iron, tin, etc. are used, or their alloys, the oxides or hydroxides of which are not capable of interrupting the flow of current. As is well known, there are, on the contrary, metals which are covered with an insulating coating (aluminum or tantalum, for example) when they are oxidized by the humid route.
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-of. The metals of this second category can also be used as supports for resinous coatings to be mounted according to the invention. We will first indicate here the use of metals with a resinous dielectric coating, serving as reinforcements for capacitors.
The capacitors thus constructed can be of electrolyte type: in which case they contain a suitable electrolyte, for example a solution of hydrolyzed shellac, or any other resin dispersed in the alkalis.
The capacitors described are shown schematically in the drawings, Les fil-. 1 and 3 represent those of the coil type; lesfig. 2, 4 and 7 those with superimposed plates; FIGS. 5 and 6, a particular mode of continuous preparation.
Having therefore prepared one of the alkaline-resinous solutions as indicated above, with or without plasticizer, the metal sheets intended to serve as reinforcement are coated with it, either before or after their assembly in the condenser. In general, however, it is preferable to provide this coating on the raw sheets before winding them or stacking them in the capacitors. In some cases, although not necessary, a suitable diaphragm may be used which separates the juxtaposed fittings. The capacitor can moreover be of one of the main types shown schematically in the figures.
In fig.l, the capacitor is wound and its frames 1 and 2 are surface coated and separated from each other by diaphragms 3, 4 made of paper, muslin or any other porous material. Terminals 5 and 6 are fixed to the reinforcements. In the plate capacitors, of the type shown in fig.2, the plates 7 and 8 are surface coated, but there is no diaphragm other than the resinous film which covers the plates. The resin films are shown schematically by the dotted boxes 9 and 10; these films can be so thin and transparent that they become invisible,
The particular type of reinforcement depends to some extent on the operating voltage.
For use on direct current circuits, @ the armatures can be in copper, aluminum, iron, nickel, or. any other suitable metal. The reinforcements do not need to have a barrier layer. For use on alternating current circuits, at least one armature must have a barrier layer and aluminum is preferred.
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When the resinous solution is electrolyzed under direct current, the resinous film is deposited on the electrode. If the deposition is carried out on a metal not capable of giving a barrier layer, copper for example, it is preferable to carry out this deposition between 80 and 90 c. With ul oxidizable metal like aluminum :. minimum; a lower temperature (of the order of 35 to 45 c.) becomes preferable, which limits the deposition of electrolytic oxide on the base metal, to as small a thickness as possible.
When depositing the shellac coating from its solution under alternating current, different conditions should be observed. If two copper electrodes and alternating current are used, the coating obtained is not satisfactory on either of the two electrodes. If at least one oxidizes with a barrier layer, on the contrary, satisfactory resinous deposits are obtained. It is believed that these facts can be explained by admitting that the resin is deposited on the anode in the course of half a year. -period, but this deposit is removed during the period of reverse polarity, which ultimately gives a poorly adherent film, loose or fluffy, poorly suited to capacitors.
If at least one of the reinforcements has an Insulating coating, current rectification takes place and the resinous film obtained is compact on the two reinforcements ... tures; it is intimately mixed with the oxide on the oxidizable framework. In the case of alternating current circuits, it is preferable to use a copper and an aluminum armature.
For the electrolytic coating of shellac on metals, alternating or direct currents at high or low voltage can be used, provided the following precautions are observed. The thickness of the resinous film obtained depends on the deposition conditions, in particular temperature and applied voltage. Those based on shellac can be obtained in thicknesses of between 0.01 and 0.00065 mm, of thickness. When the voltage is applied to bare reinforcements (without an insulating layer) immersed in the resinous solution, the current flows and its intensity depends on the film formation conditions: applied voltage and reinforcement surface.
This current quickly drops to a negligible value; but if the tension is raised beyond its initial value, the current passes again, then stops almost immediately, to become again of negligible intensity. It is possible to deposit shellac films of satisfactory characteristics from the solutions described, at voltages of up to 500 volts.
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-rant continuously, without there being breakage of the layer or other deleterious effect.
The resin coated sheets are preferably combined in capacitors whose electrolyte contains a 1% sodium carbonate solution saturated with shellac, as indicated above. But although the description has been made with this electrolyte, the invention is not limited to this particular point.
The sheets thus coated with resin and optionally with acid by means of a suitable direct or alternating current, are assembled in the capacitor, the reinforcements of which can be separated from each other by a suitable diaphragm, preferably having a porous structure. can obtain such diaphragms using alpha cellulose and cotton based paper whose average characteristics are as follows:
Ashes ....................... Max. 0.3
25 x 10-6 moira chlorides
Sulphates None
Density 0.45 to 0.55
2! Air resistance None
Number of conductive particles: less than one for 90 cm2
Thickness ..................... 0.025 to 0.076 mm.
Two or three sheets of such paper are preferably used between the frames. The use of such a diaphragm is moreover not essential, the capacitors having been able to be constructed satisfactorily with sheets which are separated only by the resinous film, as shown diagrammatically in FIG. 2.
Once the capacitor plates have been assembled with or without a diaphragm, the capacitor is impregnated with the electrolyte composition, preferably shellac based. In this way, defective coatings at certain points are automatically restored during operation. This is especially true when using metals which do not give a barrier layer, such as copper. The impregnation should be carried out at temperatures of the order of 90 to 95 ° C. Some pressure is preferably exerted, via a gas, to prevent evaporation of the volatile constituents of the. electrolyte, for example water.
When the conductors so prepared are to be operated under direct current, the resinous coating must be on the anode when a non-insulating oxide metal is employed therefor. If one works on alternating current and one uses two reinforcements with resin coating, at least one must be additionally with barrier layer, therefore in aluminum or other metal having the same property.
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Capacitors of the type described are characterized by power factors of at most 10% and lose their characteristics only insignificantly their capacity is of the order of that of previously known electrolytic capacitors based on aluminum or metals with a barrier layer.
Capacitors of the type described operate without electrical damage on 110 volts direct current, or alternating current, even if they remain constantly on.
Electrolytic capacitors with reduced bulk for a given capacitance, and without diaphragm, will now be described in some detail. Electrolytic capacitors with a porous diaphragm between contiguous plates are well known. Their diaphragm is always a source of difficulty and space, because it is made of paper of which only one sheet is insufficient. The thickness of the sheet of paper cannot be less than 0.0076 mm. under penalty of making it lose all tenacity * These difficulties are freed by using metal electrodes with resinous coating and by removing the diaphragms The electrodes can be aluminum, copper, nickel or other malleable metal in thin sheets.
The resinous film can be constituted by a varnish with linseed oil or by a varnish or phenolic resin, or alkyd resin, by a rubber coating, an ester of a cellulose ether. This coating is applied by dipping or by spraying with a gun then the coating is hardened by heat treatment under known conditions.
In accordance with the above, it is preferable to carry out the coating by electrolysis since it is uniform, dense, with a minimum thickness; in addition, a natural resin is chosen, the shellac giving particularly advantageous results.
As in the above, the generating solution of the resinous coating is a dispersion or combination of resin and an alkali in a liquid vehicle, preferably water. All reagents are chloride free. The preparation of the solutions and their electrolysis to obtain the resinous coating are carried out in accordance with the preceding description. On direct current any two electrodes are used, the anode then serving as armor for the capacitor. On alternating current at least one of the electrodes has a barrier layer (preferably aluminum).
When using shellac electroplating, it can be performed on one of the frames, or on both. If we don't cover
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than a reinforcement, it is preferable to coat the other with a mineral coating for example, this second electrode is made of aluminum oxidized at the surface by one of the conventional methods.
The two elementary electrodes and the coating intended to separate them are assembled, either by winding as in fig.3, or by superposition (fig.4). The frame 1 can be made of aluminum foil covered with the resinous coating 12. The frame 2 is covered with oxide at 14. The terminals 5 and 6 have been shown schematically.
Fig.4 shows schematically a capacitor by juxtaposition of which the plates 7 and 8 are provided with terminals 13 and 11. The armature 7 is covered with resin, according to 16, and the armature 8 with the oxide, as shown schematically in 15. Although these coatings are extremely thin and inseparable from the metal plates which they cover, they have been shown separated from these plates in order to better understand the arrangement of the assembly.
Once assembled, the capacitors are impregnated with a suitable semiconductor liquid, the resistance of which has a sufficiently low value so that the liquid in fact constitutes an extension outlet of the electrode surface. For example, one can adopt resistances of the order of 106 ohms per cm3 at 25 c., or even lower resistances; but in any case, we must exceed 108 ohms per cm3 at 25 C. We also know that the energy losses are lower when the conductivity of the impregnation electrolyte is suitably chosen.
As liquids which are well suited for dielectrics, mention may be made of the phosphoric esters claimed in patent 376.978 of January 31, 1931 issued by the applicant company. However, liquids of the type of alcohols or mixtures of such liquids can be added to them, some of which are very useful. For example, it is advantageous to use ethylenic glycol, glycerin or mixtures of these two substances. The use of their mixtures has been found to be advantageous.
The capacitor can be impregnated with the liquid chosen by operating in the usual manner, that is to say with prior vacuum and at 100 ° C., or else simply by immersion. In general, this is preferable, the liquid chosen being brought to a temperature of 100 to 105 C. The impregnation lasts from 6 to 2 hours, the higher temperature corresponding to the lower impregnation time.
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The capacity of the semiconductor-type apparatus prepared in this way, with metal foil frames, varies from 14.9 16.75 square decimetres of active foils per microfarad up to 75. dm2 per microfarad.
Since the thickness of the resinous film is much less than that of the paper or muslin insulation, the volume of a capacitor of a given capacity is significantly smaller than that of previously known capacitors.
The capacitance and the power factor of the capacitors thus treated are a function of the resistance of the impregnation liquid, If the mixture of glycerin and ethylene glycol is used, the resistance varies with the proportion of these two ingredients, The capacity increases with the glycerin level but the power factor grows very quickly as soon as the glycerin level exceeds 50%. It is preferable to use a mixture of equal weights of ethylenic glycol and glycerin: its resistivity is associated with the lowest energy losses. With this impregnant, the power factor is less than 8 at 25 c., 60 periods, 110 volts, and the corresponding capacity is 1 microfarad for 10.2 to 11.2 dm2 of active sheet.
Finally, a process for preparing capacitor armatures covered with thin resinous films will be described, taking as an example the case of armatures with a barrier layer, used without a porous diaphragm.
As already indicated, the structure of the capacitors obtained is such that their capacity per unit of volume is increased, their manufacture simplified and their efficiency is improved thanks to the complex coating of at least one of the plates, which makes it possible to eliminate the porous diaphragm. .
The process consists of starting from sheets of aluminum or any other metal with a barrier layer, coating their surface with a coating forming an insulating layer superimposed with an electro-permeable resinous coating, all of these layers being the result of electrolytic action. The resinous layer can be based on shellac: it is deposited first, then the insulating coating is created under a resin layer.
In fig.5, there is shown the diagram of an apparatus making it possible to carry out the series of manufacturing operations. Fig.6 shows a frame element, and Fig.7 is the diagram of a capacitor manufactured according to the invention.
In fig.B, we see a sheet of unlimited length of reinforcing metal, for example aluminum, tantalum, magnesium or an alloy
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suitable. This sheet is first immersed in an electrolyte which makes it possible to deposit a suitable layer of resin. This electrolyte can be made by dispersing a resin soluble in alkalis, in water or a suitable alkali has previously been dissolved. It is possible to use either shellac, the origin of which is a secretion from an insect, or any of the resins mentioned above. All the alkaline solutions already indicated can be used.
In some cases, plasticizers or materials which impart flexibility, as described above, can be added.
In fig.5, we see the indefinite strip of aluminum 24 treated successively, so as to deposit the complex coating. The sheet 24 is first introduced into a container 21 which contains a solution of tesin 22, for example the shellac solution described above. The operation is carried out between 35 and 45 ° C. preferably. The receptacle comprises a cathode 23 and a suitable direct current is passed between this cathode 23 and the sheet 24 which serves as an anode.
Operation at 160 volts should be ensured, which allows a film of shellac to be deposited on the sheet as it dips into electrolyte solution 22 at a rate such that the sheet remains submerged in this solution approximately. one minute ; duration is also not imperative. For example, the passage can be done at the speed of 100 mm. per minute with simultaneous immersion of 75 mm. in the solution, which gives an immersion time of about 45 seconds in this solution. The sheet continues its journey from the container 21 to an oven 26 where it is heated between 100 and 200 ° C. for one to two minutes. It then passes into another receptacle 27 which contains the aqueous electrolyte intended to produce on the metal the barrier layer by oxidation.
This second electrolyte can be constituted by a mixed solution of borax and boric acid. The electrolyte can be maintained at around 95 C. The applied voltage varies with that to which the finished capacitor will be subjected. It is preferable to carry out the oxidation at a voltage equal to slightly greater than that at which the capacitor will operate under alternating current at the instantaneous maximum voltage.
For example, for the 110 volt alternating current application, a direct voltage of about 160 volts would be used for this electrolytic treatment.
@ As for the first treatment; the foil serves as an anode and one uses
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electrode 28 as cathode. The resinous film being applied to the sheet, prior to the electroyl treatment, electrolysis takes place under the film exactly as if the resinous coating did not exist. Finally, the metal foil is dried by passing it through an oven 30 also maintained between 100 and 200 e. so as to stay there for, / one to two minutes. If the heating time is prolonged too much or if the temperature is too high, the film becomes impermeable to the electrolyte and no longer allows the passage of current.
Finally, the prepared sheet is wound up on a reel 31 and it is ready to use.
Two layers of such a sheet can be juxtaposed so as to constitute the plates of a capacitor, as shown schematically in FIG. 7, without any porous diaphragm being necessary. It should be understood that the assembly of the capacitor can be carried out in any desired manner, either by superposition, or by winding, etc. The finished capacitor can then be impregnated with any suitable electrolyte.
Once impregnated, the capacitor is enclosed in a container and it is provided with the terminals necessary for its use.
The capacitors thus prepared for 110 volt alternating current circuits have a power factor of less than 10%. their capacity is approximately 1 microfarad for 55 cm2 of active leaf surface.
Compared to the electrolytic capacitors already known, those thus prepared are more advantageous than paper diaphragm capacitors, both as regards their longevity and the permanence of their characteristics. Their main advantage is due to the fact that the resinous film is very thin compared to equivalent sheets of paper so that, for a given capacity, the volume of the apparatus is significantly reduced.