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La présente invention est relative à la production d'une matière flexible non-métallique et électroconductrics qui forme une liaison résistante avec le polyéthylène normale- ment solide. On s'est heurté à des difficultés au cours de la production d'une matière de ce genre qui conserve son adhérence pendant des changements de température, qui possède une résis- tance à la traction raisonnablement élevée lors d'un allonge- ment maximwn et qui peut être traitée facilement.
La demanderesse a constaté qu'un produit qui satîs- fait toutes ces exigences peut être obtenu à partir de polyéthy, lène normalement solide, de polyisobutylène et de noir de carbone conducteur, mélangés dans certaines proportions.
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On peut traiter de tels mélanges en les pressant, en les moulant ou en les extradant.
Conformément à la présente invention, la demanderesse réalise une composition non métallique électroconductrice qui comprend un mélange traité de 35-77% de polyéthylène normale. ment solide, de 5-45% de polyisobutylène et de 10-23% d'un noir de carbone conducteur.
Des compositions dont la teneur ennoir de carbone dépasse 23% ont une flexibilité faible et un allongement faible avant rupture. Afin d'obtenir une conductivité élec- trique raisonnablement bonne avec une quantité de noir de car- bone inférieure à 23%, la proportion de polyisobutylène ne doit pas tre inférieure à 5%; l'addition de 5-45% de polyiso- butylène au mélange de polyéthylène et de noir de carbone améliore les qualités de traitement. Une proportion de noir de carbone inférieure à 10% est insuffisante pour donner la conductivité nécessaire à la composition.
Des compositions contenant plus de 45% de polyisobutylène ont des résistances à la traction trop basses et des coefficients de dilatation thermique qui diffèrent beaucoup trop de celui du polyéthylène constituant l'isolement pour qu'une liaison efficace entre les deux produits puisse être maintenue dans une gamme de tempes ratures.
Des compositions contenant des ingrédients pris dans les quantités spécifiées sont représentées par la zone A B C D E F G sur le schéma triangulaire représenté sur le dessin annexé.
On peut mouler et extruder les compositions de la présente invention de la manière décrite par la suite. Elles possèdent des propriétés électriques satisfaisantes, une bonne résistance à la traction et un allongement maximum élevé.
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Les compositions adhèrent facilement au. polyéthylène et l'adhé- rence est solide, complète et permanente. Leur coefficient de dilatation thermique est similaire à celui du polyéthylène et des Variations de température cycliques ne font donc pas cesser l'adhérence entre la composition et le polyéthylène.
Il en est de même pour l'adhérence entre du. polyéthy- lène contenant une faible quantité d'une matière thermoplastique synthétique compatible qui améliore l'aptitude du polyéthylène
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au traitement et ses propriétés pY81qllcs sans modifier sensi- blement ses propriétés électriques, cette matière thermoplas- tique étant par exemple le polyisobl1.tylènec
On peut mouler la composition conforme à l'intention ou la comprimer sous forme d'une feuille sans rencontrer de difficulté. On peut également 1'extrader età condition que
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I$extradage soit effectué à une faible vitesse et à température élevée dans une machine ayant un rapport de compression élevé
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(par exemple 4%1) le produit possède la conductivité élec- trique nécessaire.
Il petit être avantageux de l'utiliser, pour former -une couche de matière non métallique conductrice entre le conducteur et la couche diélectrique d'un câble de transport d'énergie à haute tension isolé avec du polyéthylène pour éliminer sensiblement les décharges électriques dues à une io-
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nisatïon gazouge entre la surface da conducteur et la surface du diélectrique. On peut également l'atilisar pour former une cou-ohe de produit non métallique à 198xtêrÎ6LIr du diélectrique du condtictearl en utilisant ou non .une gaine ou blindage. métalliques.
Dans ce$ trois a'i;llisa.140ns, la deman- deresse peut l'applique? à MI. eondRoteap dénude Ou au condu.c teur.isolé-en utilisant lUi procédé iJel:trl1dage de la manière décrite o1-dessds9 L'invention se rapporte donc à condtzeteues élec...
(piques 'éompo,Ftant une couche diélectr1qna en polyéthylène nooe .malement sonde> la couche aillée trique étant séparée du.
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conducteur par une couche -de la composition ou bien une couche de cette composition étant appliquée sur sa surface extérieure.
Le diélectrique'en polyéthylène peut contenir une faible quan- tité d"une matière thermoplastique synthétique compatible, par exemple du polyisobutylène, qui améliore son aptitude au traitement et ses propriétés physiques sans modifier sensible- ment ses propriétés électriques.
Le polyéthylène utilisé pour former la couche dié- lectrique ou le polyéthylène utilisé comme ingrédient de la composition conductrice, ou encore ces deux polyéthylènes, peuvent être constitués par l'un des polyéthylènes de densité supérieure actuellement disponibles, par exemple ceux qui sont préparés par un procédé à basse pression ou à pression élevée.
Le terme "polyéthylène" utilisé dans la présente description se rapporte aux polymères fabriqués par des procédés classiques, avec ou non de petites proportions, jusqu'à 1%, d'anti-oxydants et de produits protecteurs similaires*
En vue d'une utilisation dans des câbles électriques, la demanderesse préfère utiliser des compositions contenant des ingrédients dont les quantités sont comprises dans les limites définies par,la zone hachurée A B C D G se trouvant dans la zone A B C D E F du graphique annexé. Des exemples préférés de compositions conformes à l'invention sont EXEMPLE.1
Noir d'acétylène "Shawinigan" vendu par la
Shawinigan Chemical Co. 20% Polyisobutylène vendu par la "Standar oil Development Co", sous le nom de "Vistanex B 100" 7% Polyéthylène vendu par la "I.C.I.
Ltd" sous le nom de "Alkathène 7" 73%
Les propriétés de ces composés sont les suivantes : Résistivité pouvant être obtenue en courant continu 200 ohm/cm
Résisténce à la traction 84 kg/om2
Allongement maximum 70 % Coefficient de dilatation cubique 9,5 x 10-4/ C
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EXEMPLE II Noir d'acétylène "Schawinigan" vendu par
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la,Sbawînigan Chemical Co" 20% Polyisobutylène vendu par la "Standard oil
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Development Co". sous le nom "V1stanex R,100't 25% Polyéthylëne vendu par la "I.C.I.
Ltd" sous le nom "Alkathene 2" 55%
Les propriétés de ce composé sont les suivantes
Résistivité en courant continu 200 ohm/cm
Résistance à la traction 102 kg/cm2
Allongement maximum 36%
Coefficient de dilatation cubique 9,5 x 10-4/ C
On peut obtenir un conducteur électrique en polyéthy- lène, conformément à la présente invention, par exemple en extrud dant sur un conducteur en cuivre toronné de 0132 cm, une couehe de l'ane des compositions préférées qu'on vient de mentionner
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et d'une épâisseur de oîO7 CIDj l'excruda;e étant effectué à une cadence lente et à température élevée dans une machine ayant un rapport de compression élevé.
Sur cette couche, on applique, également par extrudage, une couche d'un polyéthylène dont l'épaisseur est fonction de la tension à laquelle le con'- ducteur doit être soumis. On peut ensuite; si nécessaire, appliquer une autre couche de la composition sur la couche diélectrique, par le même procédé que la couche intérieure.
On peut alors utiliser un ou plusieurs des conduc- teurs isolés dans la fabrication d'un câble électrique confor- mément à la technique normalisée.
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The present invention relates to the production of a flexible, non-metallic, electroconductive material which forms a strong bond with normally solid polyethylene. Difficulties have been encountered in the production of such a material which retains its adhesion during temperature changes, which has a reasonably high tensile strength at maximum elongation and which can be treated easily.
Applicants have found that a product which meets all of these requirements can be obtained from normally solid polyethylene, polyisobutylene and conductive carbon black, mixed in certain proportions.
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Such mixtures can be processed by pressing, molding or extruding them.
In accordance with the present invention, applicants provide an electrically conductive non-metallic composition which comprises a treated blend of 35-77% normal polyethylene. solid, 5-45% polyisobutylene and 10-23% conductive carbon black.
Compositions with a black carbon content exceeding 23% have low flexibility and low elongation before breaking. In order to obtain a reasonably good electrical conductivity with a quantity of carbon black less than 23%, the proportion of polyisobutylene must not be less than 5%; addition of 5-45% polyisobutylene to the mixture of polyethylene and carbon black improves processing qualities. A proportion of carbon black of less than 10% is insufficient to give the necessary conductivity to the composition.
Compositions containing more than 45% polyisobutylene have too low tensile strengths and thermal expansion coefficients which differ too much from that of the polyethylene constituting the insulation for an effective bond between the two products to be maintained in a stable. range of erased temples.
Compositions containing ingredients taken in the specified amounts are represented by the zone A B C D E F G in the triangular diagram shown in the accompanying drawing.
The compositions of the present invention can be molded and extruded as described below. They have satisfactory electrical properties, good tensile strength and high maximum elongation.
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The compositions adhere easily to the. polyethylene and the adhesion is strong, complete and permanent. Their coefficient of thermal expansion is similar to that of polyethylene and therefore cyclic temperature variations do not stop the adhesion between the composition and the polyethylene.
It is the same for the adhesion between. polyethylene containing a small amount of a compatible synthetic thermoplastic material which improves the suitability of polyethylene
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treatment and its pY81qllcs properties without significantly modifying its electrical properties, this thermoplastic material being, for example, polyisobl1.tylenec
The composition according to the intention can be molded or compressed into a sheet form without encountering difficulty. It can also be extradited and provided that
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I $ extradition is carried out at low speed and at high temperature in a machine having a high compression ratio
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(eg 4% 1) the product has the necessary electrical conductivity.
It may be advantageous to use it, to form a layer of conductive non-metallic material between the conductor and the dielectric layer of a high voltage power transmission cable insulated with polyethylene to substantially eliminate electric shocks due to an io-
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nisatïon gazouge between the conductor surface and the dielectric surface. It can also be used to form a layer of non-metallic product outside the dielectric of the condtictearl with or without the use of a sheath or shield. metallic.
In this $ three a'i; llisa.140ns, can the applicant apply it? to MI. eondRoteap denudes Or condu.c tor.isolated-using the iJel method: trl1dage in the manner described o1-dessds9 The invention therefore relates to electrical condtzeteues ...
(piques' éompo, being a dielectric layer of polyethylene nooe .mally probe> the garlic layer being separated from the.
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conductive by a layer of the composition or else a layer of this composition being applied to its outer surface.
The polyethylene dielectric may contain a small amount of a compatible synthetic thermoplastic material, eg, polyisobutylene, which improves its processability and physical properties without significantly changing its electrical properties.
The polyethylene used to form the dielectric layer or the polyethylene used as an ingredient of the conductive composition, or alternatively these two polyethylenes, can be constituted by one of the higher density polyethylenes currently available, for example those which are prepared by a low pressure or high pressure process.
The term "polyethylene" used in the present description refers to polymers produced by conventional processes, with or without small proportions, up to 1%, of antioxidants and similar protective products *
With a view to use in electrical cables, the Applicant prefers to use compositions containing ingredients the amounts of which are within the limits defined by, the hatched zone A B C D G located in the zone A B C D E F of the appended graph. Preferred examples of compositions in accordance with the invention are EXAMPLE. 1
Acetylene black "Shawinigan" sold by
Shawinigan Chemical Co. 20% Polyisobutylene sold by "Standard Oil Development Co", under the name "Vistanex B 100" 7% Polyethylene sold by "I.C.I.
Ltd "under the name of" Alkathene 7 "73%
The properties of these compounds are as follows: Obtainable resistivity in direct current 200 ohm / cm
Tensile strength 84 kg / om2
Maximum elongation 70% Coefficient of cubic expansion 9.5 x 10-4 / C
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EXAMPLE II Acetylene black "Schawinigan" sold by
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la, Sbawînigan Chemical Co "20% Polyisobutylene sold by" Standard Oil
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Development Co ". Under the name" V1stanex R, 100't 25% Polyethylene sold by the "I.C.I.
Ltd "under the name" Alkathene 2 "55%
The properties of this compound are as follows
DC resistivity 200 ohm / cm
Tensile strength 102 kg / cm2
Maximum elongation 36%
Coefficient of cubic expansion 9.5 x 10-4 / C
A polyethylene electrical conductor can be obtained in accordance with the present invention, for example, by extruding on a 0132 cm stranded copper conductor a layer of the preferred compositions just mentioned.
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and an oiO7 CIDj excrudator, being performed at a slow rate and at high temperature in a machine having a high compression ratio.
On this layer is applied, also by extrusion, a layer of a polyethylene, the thickness of which depends on the tension to which the conductor must be subjected. We can then; if necessary, apply another layer of the composition on the dielectric layer, by the same process as the inner layer.
One or more of the insulated conductors can then be used in the manufacture of an electric cable according to standard technique.