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La présente invention a pour objet des accessoires, élec- triques du type qui comprend une ou plusieurs pièces conductri- ces de l'électricité et une ou plusieurs matières isolantes.
Diverses matières résineuses synthétiques, par exemple le chlorure de polyvinyle, le polyéthylène, le polystyrène et le térephtalate de polyéthylène, servent de matériaux isolants pour les fils et autres pièces conductrices électriques, mais si elles sont satisfaisantes dans de nombreuses applications, elles ne combinent pas les propriétés désirables, à savoir le bon marché, une flexibilité adéquate, la résistance à l'eau et
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aux agents chimiques et de bonnes propriétés électriques et mécaniques même à haute température.
La présente invention est basée sur la découverte d'après laquelle la plupart des conditions ci-dessus sont réunies par un polypropylène cristallin de poids moléculaire élevé, seul ou mélangé à un polypropylène amorphe linéaire jusqu'à concurrence de 40 % en poids. Pour plus de commodité, on utilisera ici le mot "polypropylène" pour désigner un polypropylène cristallin de poids moléculaire élevé, seul ou mélangé à un polypropylène amorphe linéaire de poids moléculaire élevé, jusqu'à concurrence de 40 % en poids. La préparation de ces polypropylènes est dé- crite dans les brevets belges N 538.782 du 6 juin 1955 et N 519.891 du 28 juillet 1956.
Par la présente invention, on fournit un accessoire électri- que du type qui comprend une ou plusieurs pièces conductrices de l'électricité et une ou¯plusieurs matières isolantes, caractérisé par le fait que la matière isolante, ou l'une des matières iso- lantes, est formée de polypropylène.
L'accessoire électrique fourni par la présente invention peut, comme le comprendra l'homme de l'art, prendre diverses formes suivant le nombre et le type des pièces conductrices de l'électricité et la manière dont la matière isolante est disposée.
Il peut prendre, par exemple, la forme d'un fil métallique isolé par une couche de polypropylène, ou d'un fil métallique isolé du type dans lequel l'i,solant comprend plusieurs matières iso- lantes différentes disposées en couches, l'une des couches étant formée de polypropylène, d'un condensateur dans lequel le dié- lectrique est formé de polypropylène, ou d'un accessoire du type qui comprend plusieurs fiches ou douilles et une monture en matière isolante, dans lequel la monture est formée de polypro- pylène.
Parmi les diverses sortes de matières résineuses synthé-
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tiques, les polyoléfines sont les moins coûteuses, mais, alors que l'emploi du polyéthylène comme matière isolante (douée de très bonnes propriétés électriques) est limité à cause de son bas point de fusion (106 C), de sa plasticité considérable et de sa défor- mation thermique, le polypropylène a un point de fusion élevé (en- viron 17000) et une stabilité dimensionnelle remarquable à haute température, outre des propriétés électriques très remarquables qui restent à peu près constantes jusqu'à 150 C.
Il présente en outre de bonnes caractéristiques physiques telles que l'adhérence, la flexibilité, la résistance à l'abrasion, l'homogénéité et la transparence, et une absorption d'eau pratiquement nulle à 0 C et de 0,01 % seulement à 100 C
Le revêtement isolant des conducteurs électriques au moyen de polypropylène peut être obtenu, suivant la présente invention, par les méthodes suivantes :
1 @ On fait passer le conducteur à travers une solution de polypropylène dans un'solvant volatil et ensuite on chasse le solvant en chauffant de façon qu'un revêtement de polymère adhère au conducteur. On peut répéter l'opération à de nombreuses reprises jusqu'à ce qu'on obtienne l'épaisseur de revêtement désirée.
Les diverses fractions du pétrole, par exemple.le toluène, le xylène, le tétrahydronaphtalène, le décahydronaphtalène, le biphényle, l'oxyde de diphényle, l'ortho-dichlorobenzène et le monochloro- benzène, peuvent servir de solvants.
2 - On fait passer le conducteur à travers une disper- sion de polypropylène dans' un liquide non solvant ou dans un liquide @ qui le dissout seulement à haute température. On chasse alors-le 'liquide par chauffage et on fait fondre les particules de polymère pour former un revêtement homogène.
3 - On extrude le polymère sur le conducteur, par une matrice appropriée.
Si le polypropylène utilisé'contient une proportion
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appréciable de fractions polymères à poids moléculaire très élevé, il peut être commode, pour obtenir des revêtements homogènes, de soumettre le polypropylène à une dégradation contrôlée dans la vis d'alimentation de l'appareil d'extrusion, ou avant d'introduire le produit dans la vis d'alimentation.
On peut régler cette dégradation comme indiqué dans le brevet belge N 553.174, c'est-à-dire : a) en ajoutant au polymère des quantités prédéterminées d'un stabilisant qui retarde la dégradation, b) en réglant convenablement la température du traitement thermique, c) en réglant la durée du traitement thermique, d) en choisissant convenablement l'atmosphère dans laquelle la dégradation se produit (par exemple l'air ou l'azote) ,
4 - On enroule sur le conducteur des filaments, fils, étoffes, bandes, rubans, ou films de polypropylène ou de substances imprégnées de polypropylène, qui peuvent contenir des fibres de polyesters, polyamides ou polymères vinyliques ou acryliques, et on chauffe le conducteur revêtu afin d'obtenir un revêtement continu.
On peut appliquer le revêtement isolant de polypropylène par dessus ou par dessous des revêtements d'autres matières rési- neuses synthétiques, et il peut contenir des polymères différents du polypropylène, ainsi que des additifs courants tels que charges, pigments ou substances ignifuges.
A cause de sa grande rigidité diélectrique et de son faible facteur de perte, combiné à une résistivité très élevée, le polypro- pylène peut servir avec succès sous forme d'un film comme matière 'diélectrique dans les condensateurs, ou sous forme de feuilles et de pièces moulées il peut servir à fabriquer des objets tels que des supports de lampes, des tubes à rayons cathodiques, des panneaux isolants ou des interrupteurs.
Les exemples suivants sont donnés pour illustrer l'invention et ne sont pas limitatifs.
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EXEMPLE 1.
On dissout, dans une fraction de pétrole bouillant à 180-200 C, un polypropylène cristallin qui a une viscosité intrinsèque de 2,5 (déterminée dans le tétrahydronaphtalène à 135 C) et une-teneur en polymère amorphe de 17 %, afin d'obtenir une solution contenant 10 % en poids de polymère ; on ajoute, comme stabilisant, 3 % de di(butylmercaptide) d'étain-dibutyle par rapport au poids du poly- mère.
On chauffe le tout à 160 C pour obtenir une dissolution complète, et on fait passer à travers la solution un fil de cuivre de 0,6 mm de diamètre, que l'on sort verticalement à travers un polissoir et que l'on fait passer à travers un four maintenu à 17000, à une vitesse telle que la durée du traitement thermique soit d'environ deux minutes.
On répète ce traitement à 5 reprises et on obtient un revête- ment isolant de 30 microns d'épaisseur, qui a une flexibilité, une adhérence et une résistance à l'abrasion très satisfaisantes.
On tord ensemble deux morceaux du fil, et on mesure les pro- priétés électriques suivantes .
Résistivité à 20 C = 8 x 1016 ohms-cm ; à 150 C: 7 x 1012 ohms-cm ; Facteur de perte à 20 C et avec une fréquence de 800 kc/s: 8 x 10-4: Constance diélectrique à 800 kc/s = 2 ; Absorption d'eau à 20 C: 0 ; à 10000 0,01% .
EXEMPLE 2.
On transforme en une mince feuille un polypropylène cristal- lin d'une viscosité intrinsèque de 4,8 contenant 8% de polymère amorphe, par calandrage à 17 C pendant 2 minutes; on ajoute 3 % de phosphite de triphényle comme stabilisant, et on continue le calandrage pendant 1 minute. On coupe la feuille ainsi obtenue en copeaux (viscosité intrinsèque 2,2), et on les fait fondre et'
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on les extrude à 230 C à travers une matrice, en même temps qu'un fil de cuivre de 0,4 mm de diamètre, à raiosn de 4 à 5 mm/mm.
La flexibilité, l'adhérence, la résistance a l'abrasion, l'homogénéité et la transparence du revêtement isolant ainsi obtenu sont très satisfaisantes .
Les propriétés électriques sont les suivantes: Résistivité à 20 C = 6 x 1018 ohms - cm ; Facteur de perte à 20 C et 800 kc/s : x 10-4; Constante diélectrique à 800 kc/s : 1,8.
EXEMPLE 3.
On prend un polypropylène cristallin qui a une viscosité intrinsèque de 4,6 et contient 13 % en poids de polymère amorphe, et on le chauffe avec 1 % de phosphite de triphényle, à 250 C, sous atmosphère d'azote, pendant 40 minutes. Les copeaux obtenus avec le polypropylène ainsi traité présentent une viscosité intrin- sèque de 1,3 et fondent rapidement à 240 C sous atmosphère d'a- zote ; on extrude la masse fondue à travers une filière présentant des trous de 200 microns de diamètre, à raison de 10 à 20 m/mm, avec une pompe à engrenages.
On réunit les filaments en un seul fil dans lequel ils sont parallèles entre eux, au moyen d'un dispositif d'entraînement, à raison de 400 m/mn, et on obtient un taux d'étirage de 40 : 1 .
Le fil obtenu a une ténacité de 0,76 g/denier, un allongement de 460%, un module de Young de 5 kg/mm2. un titre de 300 deniers, et on l'applique à un conducteur de cuivre, en couches enroulées dans des sens opposés.
En chauffant le conducteur sous atmosphère d'azote jusqu'à ce que les couches soient fusionnées, on obtient un revêtement continu.
Les propriétés électriques du fil isolé sont : Résistivité à 20 C = 7 x 1017 ohms-cm ; à 150 C =9 x 1013 chms-cm;
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Facteur de perte à une fréquence de 800 kc/s = 4,5 x 10-4
Constante diélectrique à une fréquence de 800 ke/s = 2,3.
EXEMPLE 4.
On calandre à 17500, pendant 2 minutes, un polypropylène cristallin d'une viscosité intrinsèque de 5,1, contenant 14 % de polymère amo rphe ; on ajoute alors 3 % de phosphite de triphényle (stabilisant) et on calandre à nouveau le polymère pendant 1 minute.
. On étire la feuille obtenue dans l'air chauffé à 1300 C, dans les directions longitudinale et transversale, avec un taux d'éti- rage de 8 : 1, puis on la stabilise thermiquement à 1400 C pendant
3 secondes, afin d'obtenir un film mince, transparent et homogène, de 5 microns d'épaisseur, qui a les propriétés électriques suivantes:
Résistivité à 2000 = 6 x 1017 chms-cm;
Constante diélectrique (à une fréquence de 800 kc/s) = 2,3;
Facteur de perte à une fréquence de 800 kc/s = 3 x 10-4; ' Rigidité diélectrique = 30 kV/mm.
On utilise'ces films comme diélectrique dans une série de con- densateurs y compris des,-condensateurs à haute tension.
EXEMPLE 5.
On prend un polypropylène cristallin d'une viscosité intrinsè- que de 3,1 contenant 15 % de polymère amorphe, on le stabilise avec
3 % de di-butylmercaptide d'étain-dibutyle, et on le comprime à
1800 C sous une pression de' 150 kg/cm2.
On obtient un bloc homogène qui est uniforme et translucide et que l'on peut usiner très facilement pour faire des pièces isolantes pour fiches, supports de lampes et autres accessoires électriques.
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The present invention relates to electrical accessories of the type which comprises one or more electrically conductive parts and one or more insulating materials.
Various synthetic resinous materials, for example, polyvinyl chloride, polyethylene, polystyrene and polyethylene terephthalate, serve as insulating materials for wires and other electrically conductive parts, but while they are satisfactory in many applications, they do not combine desirable properties, namely inexpensiveness, adequate flexibility, water resistance and
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to chemical agents and good electrical and mechanical properties even at high temperatures.
The present invention is based on the finding that most of the above conditions are met by high molecular weight crystalline polypropylene, alone or mixed with linear amorphous polypropylene up to 40% by weight. For convenience, the term "polypropylene" will be used herein to denote a high molecular weight crystalline polypropylene, alone or mixed with a high molecular weight linear amorphous polypropylene, up to 40% by weight. The preparation of these polypropylenes is described in Belgian patents N 538,782 of June 6, 1955 and N 519,891 of July 28, 1956.
By the present invention there is provided an electrical accessory of the type which comprises one or more electrically conductive parts and one or more insulating materials, characterized in that the insulating material, or one of the insulating materials. lantes, is formed from polypropylene.
The electrical accessory provided by the present invention can, as will be understood by those skilled in the art, take various forms depending on the number and type of electrically conductive parts and the manner in which the insulating material is arranged.
It may take, for example, the form of a metal wire insulated with a layer of polypropylene, or of an insulated metal wire of the type in which the solant comprises several different insulating materials arranged in layers, the solvent. one of the layers being formed of polypropylene, of a capacitor in which the dielectric is formed of polypropylene, or of an accessory of the type which comprises several plugs or sockets and a mount of insulating material, in which the mount is formed of polypropylene.
Among the various kinds of synthetic resinous materials
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ticks, polyolefins are the least expensive, but, while the use of polyethylene as an insulating material (endowed with very good electrical properties) is limited because of its low melting point (106 C), its considerable plasticity and Due to its thermal deformation, polypropylene has a high melting point (around 17000) and remarkable dimensional stability at high temperatures, in addition to very remarkable electrical properties which remain roughly constant up to 150 C.
It also has good physical characteristics such as adhesion, flexibility, abrasion resistance, homogeneity and transparency, and practically zero water absorption at 0 C and only 0.01% at 100 C
The insulating coating of the electrical conductors by means of polypropylene can be obtained, according to the present invention, by the following methods:
The conductor is passed through a solution of polypropylene in a volatile solvent and then the solvent is removed by heating so that a polymer coating adheres to the conductor. The operation can be repeated many times until the desired coating thickness is obtained.
The various petroleum fractions, for example, toluene, xylene, tetrahydronaphthalene, decahydronaphthalene, biphenyl, diphenyl oxide, ortho-dichlorobenzene and monochlorobenzene, can serve as solvents.
2 - The conductor is passed through a dispersion of polypropylene in a non-solvent liquid or in a liquid which only dissolves it at high temperature. The liquid is then removed by heating and the polymer particles are melted to form a homogeneous coating.
3 - The polymer is extruded onto the conductor, using an appropriate matrix.
If the polypropylene used contains a proportion
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appreciable of very high molecular weight polymer fractions, it may be convenient, in order to obtain homogeneous coatings, to subject the polypropylene to a controlled degradation in the feed screw of the extrusion apparatus, or before introducing the product in the feed screw.
This degradation can be regulated as indicated in Belgian patent N 553,174, that is to say: a) by adding to the polymer predetermined amounts of a stabilizer which retards the degradation, b) by suitably adjusting the temperature of the heat treatment , c) by adjusting the duration of the heat treatment, d) by suitably choosing the atmosphere in which the degradation occurs (for example air or nitrogen),
4 - Filaments, threads, fabrics, tapes, ribbons, or films of polypropylene or substances impregnated with polypropylene, which may contain fibers of polyesters, polyamides or vinyl or acrylic polymers, are wound on the conductor, and the coated conductor is heated in order to obtain a continuous coating.
The polypropylene insulating coating may be applied over or under coatings of other synthetic resin materials, and may contain polymers other than polypropylene, as well as common additives such as fillers, pigments or flame retardants.
Because of its high dielectric strength and low loss factor, combined with very high resistivity, polypropylene can be used successfully in film form as a dielectric material in capacitors, or in sheet and film form. from castings it can be used to make objects such as lamp holders, cathode ray tubes, insulating panels or switches.
The following examples are given to illustrate the invention and are not limiting.
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EXAMPLE 1.
A crystalline polypropylene which has an intrinsic viscosity of 2.5 (determined in tetrahydronaphthalene at 135 C) and an amorphous polymer content of 17% is dissolved in a fraction of petroleum boiling at 180-200 C, in order to obtain a solution containing 10% by weight of polymer; 3% tin-dibutyl di (butylmercaptide), based on the weight of the polymer, is added as a stabilizer.
The whole is heated to 160 C to obtain complete dissolution, and a copper wire 0.6 mm in diameter is passed through the solution, which is taken out vertically through a polisher and which is passed through the solution. through an oven maintained at 17000, at a speed such that the duration of the heat treatment is about two minutes.
This treatment was repeated 5 times and an insulating coating 30 microns thick was obtained which had very good flexibility, adhesion and abrasion resistance.
Two pieces of wire are twisted together, and the following electrical properties are measured.
Resistivity at 20 C = 8 x 1016 ohm-cm; at 150 C: 7 x 1012 ohm-cm; Loss factor at 20 C and with a frequency of 800 kc / s: 8 x 10-4: Dielectric constancy at 800 kc / s = 2; Water absorption at 20 C: 0; to 10,000 0.01%.
EXAMPLE 2.
Crystalline polypropylene of intrinsic viscosity 4.8 containing 8% amorphous polymer was formed into a thin sheet by calendering at 17 ° C for 2 minutes; 3% triphenyl phosphite is added as a stabilizer, and calendering is continued for 1 minute. The sheet thus obtained is cut into chips (intrinsic viscosity 2.2), and they are melted and '
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they are extruded at 230 ° C. through a die, together with a copper wire 0.4 mm in diameter, at a rate of 4 to 5 mm / mm.
The flexibility, the adhesion, the abrasion resistance, the homogeneity and the transparency of the insulating coating thus obtained are very satisfactory.
The electrical properties are as follows: Resistivity at 20 C = 6 x 1018 ohms - cm; Loss factor at 20 C and 800 kc / s: x 10-4; Dielectric constant at 800 kc / s: 1.8.
EXAMPLE 3.
A crystalline polypropylene which has an intrinsic viscosity of 4.6 and contains 13% by weight of amorphous polymer is taken and heated with 1% triphenyl phosphite at 250 ° C. under a nitrogen atmosphere for 40 minutes. The chips obtained with the polypropylene thus treated have an intrinsic viscosity of 1.3 and quickly melt at 240 ° C. under a nitrogen atmosphere; the melt is extruded through a die having holes 200 microns in diameter, at a rate of 10 to 20 m / mm, with a gear pump.
The filaments are combined into a single yarn in which they are parallel to each other, by means of a driving device, at a rate of 400 m / min, and a draw ratio of 40: 1 is obtained.
The yarn obtained has a tenacity of 0.76 g / denier, an elongation of 460%, a Young's modulus of 5 kg / mm 2. a titer of 300 denier, and applied to a copper conductor, in layers wound in opposite directions.
By heating the conductor under a nitrogen atmosphere until the layers are fused, a continuous coating is obtained.
The electrical properties of the insulated wire are: Resistivity at 20 C = 7 x 1017 ohm-cm; at 150 C = 9 x 1013 chms-cm;
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Loss factor at a frequency of 800 kc / s = 4.5 x 10-4
Dielectric constant at a frequency of 800 ke / s = 2.3.
EXAMPLE 4.
Crystalline polypropylene having an intrinsic viscosity of 5.1, containing 14% of amorphous polymer, is calendered at 17500 for 2 minutes; 3% triphenyl phosphite (stabilizer) is then added and the polymer is re-calendered for 1 minute.
. The resulting sheet was stretched in air heated to 1300 C, in the longitudinal and transverse directions, with a stretch ratio of 8: 1, and then thermally stabilized at 1400 C for
3 seconds, in order to obtain a thin, transparent and homogeneous film, 5 microns thick, which has the following electrical properties:
Resistivity at 2000 = 6 x 1017 chms-cm;
Dielectric constant (at a frequency of 800 kc / s) = 2.3;
Loss factor at a frequency of 800 kc / s = 3 x 10-4; 'Dielectric strength = 30 kV / mm.
These films are used as a dielectric in a variety of capacitors including high voltage capacitors.
EXAMPLE 5.
A crystalline polypropylene with an intrinsic viscosity of 3.1 containing 15% of amorphous polymer is taken and stabilized with
3% tin-dibutyl di-butylmercaptide, and compressed to
1800 C at a pressure of 150 kg / cm2.
A homogeneous block is obtained which is uniform and translucent and which can be machined very easily to make insulating parts for plugs, lamp holders and other electrical accessories.