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La présente invention a pour objet des conducteurs électriques, c'est-à-dire des câbles et autres articles servant à la transmission de courants électriques et présentant un ou lé plus souvent plusieurs éléments conducteurs qui s'étendent sur toute leur longueur.
Un des buts de la présente invention est de fournir des conducteurs électri- ques dont la matière isolante est d'un type nouveau et avantageux.
Pour réaliser l'isolement électrique des éléments conducteurs de conducteurs électriques, on les revêt d'une ou plusieurs couches de matière douée de bonnes propriétés isolantes.
Parmi les matières de ce type, les caoutchoucs naturels et synthétiques et les résines synthétiques, spécialement les résines thermoplastiques, par exemple le polyéthylène et le polystyrène, sont particulièrement impor- tants. Les résines thermoplastiques ont divers avantages en comparaison des matières isolantes antérieurement utilisées, comme la gutta-percha, le balata, les caoutchoucs déprotéinés et les caoutchoucs synthétiques, mais aussi certains inconvénients dus, par exemple, à leur thermoplasticité et aux variations dimensionnelles que leur communique l'effet de chauffage des courants véhiculés.
De plus, la plupart des matières résineuses utilisées jusqu'ici ont une résistance limitée aux efforts de cisaillemente et d'abrasion, et doivent donc être convenablement protégées par un revêtement extérieur, par exemple de résine de polyamide, mais celle-ci, outre qu'elle est coû- teuse, n'a qu'une compatibilité limitée avec les matières utilisées pour l'isolement proprement dit.
Suivant la présente invention, on fournit un conducteur électrique présentant un isolant à faibles caractéristiques de pertes diélectriques, formé de polybutène très cristallin ou d'un mélange de polybutène très cristallin et de polypropylène très cristallin.
L'invention est applicable à des conducteurs électriques de divers types. Par exemple, ils peuvent être du type coaxial, l'isolant se trouvant entre les éléments conducteurs intérieur et extérieur, ou bien ils peuvent présenter au moins un couple coaxial d'éléments conducteurs, une partie de l'isolant se trouvant entre eux, et au moins un couple d'éléments non coaxiaux dont chacun est recouvert d'une autre partie de l'isolant.
Les conducteurs électriques prévus suivant la présente invention sont capables de fonctionner à destempératures plus élevées que ceux qui sont isolés par des résines thermoplastiques normales employées antérieure- ment. En outre, ils peuvent être facilement pourvus de revêtements protecteurs compatibles avec l'isolant, les deux étant fermement liés ensemble.
Les polymères très cristallins de butène et de propylène et leurs mélanges sont décrits dans les brevets belges N 545.952 du 10 mars 1956 et N 543.259 du 30 novembre 19550 Leurs mélanges sont décrits dans la demande de brevet belge N 442.665 du 4 septembre 1957.
Une matière préférée destinée à servir de revêtement protecteur extérieur est le polypropylène très cristallin, ayant de préférence une tenuer en polymère cristallin de 80 à 90 %, déterminée sur la base de la fraction extractible par l'heptane-n, et ayant un poids moléculaire moyen de 100 000 à 200 000. D'autres matières appropriées sont les résines polyamides, les polymères et oopolymères vinyliques, les revêtements tubulaires, les matières textiles et les fils métalliques9 etc...
Les caractéristiques diélectriques du polybutène sont les sui- vantes :
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Résistivité de masse à 20 C : 1015 Constante diélectrique à 1000 kHz 2 à 2,1 Facteur de perte à 1000 kHz : 0,0002-0,0003
Pour appliquer l'isolant et la matière thermoplastique de revêtement, si on l'utilise, le plus commode est habituellement de procéder par extrusion.
Ainsi, on peut utiliser une extrudeuse présentant une ou plusieurs vis dans laquelle on chauffe la matière jusqu'à l'état plastique, pour la refouler alors à travers une filière au centre de laquelle passe l'élément conducteur à revêtir.
A la sortie de la filière, le conducteur revêtu est refroidi lentement ou rapidement, puis on le fait passer à travers une deuxième extrudeuse qui applique un revêtement protecteur. On peut conduire les deux opérations de revêtement sans refroidissement intermédiaire, si on le désire.
En réglant convenablement la cadence d'extrusion et la cadence d'ame- née de l'élément conducteur, non revêtu ou muni d'un premier revêtement, on peut étirer la matière de revêtement, améliorer ainsi la solidité mécanique du revêtement et obtenir la possibilité de régler son épaisseur.
On. peut utiliser d'autres méthodes de revêtement, à la place de 1' extrusion, par exemple enrouler des rubans préparés à partir des polymères, ou faire passer l'élément conducteur à revêtir à travers un bain du polymère fondu.
Les exemples suivants sont donnés pour illustrer l'invention.
EXEMPLE 1.
Pour isoler un conducteur électrique pour hautes fréquences, on extrude directement dessus, à 200 C, une couche de 1,5 mm d'épaisseur de polybutène stabilisé par 0,5 % d'antioxydant. L'appareil d'extrusion utilisé est de type courant. A la température ambiante, le conducteur revêtu présente des caractéristiques électriques similaires à celles des conducteurs revêtus de polyéthylène normal.
Mais le revêtement a une solidité mécanique à peu près deux fois plus grande.
De plus, sa température maximum de service utile est supérieure de 40 C à celle des conducteurs revêtus de polyéthylène.
EXEMPLE 2.
On effectue le revêtement d'un conducteur de la façon décrite à l'exemple 1.
On revêt ensuite le conducteur, encore par extrusion, d'une couche de 0,5 mm d'épaisseur de polypropylène stabilisé par 0,3 % en poids de phényl-bêta-naph- tylamine et contenant 1,7 % en poids de noir de carbone.
Le conducteur ainsi protégé peut servir à une température supérieure de 20 C à celle du conducteur de l'exemple 1.
De plus, il peut être soumis à des efforts mécaniques plus grands en service, par exemple à l'abrasion rencontrée dans l'installation des téléphones de campagne.
EXEMPLE 3.
Par extrusion à 210 C suivant des méthodes en elles-mêmes connues, on revêt un conducteur d'un mélange de 80 parties en poids de polybutène et 20 parties en poids de polypropylène. On applique un revêtement extérieur de fibres textiles, par exemple de jute, en les tordant directement sur le conducteur suivant des méthodes connues. Le conducteur final a de très bonnes caractéristiques d.'isolement sur une large gamme de fréquences et à des tem-
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pératures atteignant 100 C.
EXEMPLE 4.
On forme un câble coaxial en extrudant, à 225 , une couche de 5 mm d'épaisseur d'un mélange de 70 parties de polybutène et 30 parties de poly- propylène, sur un conducteur de cuivre de 4 mm de diamètre.
On enroule un ruban de cuivre par-dessus cette couche, puis on le recouvre de matière textile, par exemple de jute, et finalement d'une arma- ture protectrice de fils d'acier. Le câble obtenu ne présente pas de réductions notables de l'angle de perte, même quand les éléments conducteurs atteignent des températures supérieures à 80 C.
EXEMPLE 5.
On forme un câble coaxial comme dans l'exemple 4, mais en utilisant seulement du polybutène au lieu du mélange polybutène-polypropylène.
On recouvre le conducteur extérieur d'un ruban de polypropylène sur lequel on tresse alors un revêtement de jute, avec ou sans armature de fils métal- liques.
La suppression de l'armature de fils métalliques donne un câble plus léger, qui est spécialement utile pour la suspension aérienne, et le polypropylène est capable de subir sans difficulté les efforts de traction. A la place du revêtement de jute, on peut appliquer un tube ou un manchon de chlorure de polyvinyle.
Les avantages des conducteurs électriques obtenus suivant la présente invention sont très importants, particulièrement dans le domaine de la téléphonie ou de la télégraphie en multiplex.
Le polyéthylène normal offre des avantages similaires grâce au fait que sa constante diélectrique et son angle de perte sont indépendants de la température et de la fréquence.
Mais le polyéthylène a un point de ramollissement relativement bas et des caractéristiques de solidité mécanique médiocreso Avec les conducteurs de la présente invention, on conserve les avantages ci- dessus à des températures supérieures de 30 à 50 C. à celles qui sont permi- ses avec le polyéthylène, et les propriétés mécaniques de l'isolant sont supérieures.
Il est évident qu'un revêtement ou un isolant conforme à la présente invention peut s'appliquer à tous les conducteurs, pour courants faibles ou forts, et qu'ils est très avantageux-dans des conditions difficiles de température:'.et/ou de fatigue mécanique.
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The present invention relates to electrical conductors, that is to say cables and other articles used for the transmission of electrical currents and having one or more often several conductive elements which extend over their entire length.
One of the aims of the present invention is to provide electrical conductors the insulating material of which is of a new and advantageous type.
To achieve the electrical insulation of the conductive elements of electrical conductors, they are coated with one or more layers of material endowed with good insulating properties.
Of these materials, natural and synthetic rubbers and synthetic resins, especially thermoplastic resins, for example polyethylene and polystyrene, are particularly important. Thermoplastic resins have various advantages compared to previously used insulating materials, such as gutta-percha, balata, deprotein rubbers and synthetic rubbers, but also certain disadvantages due, for example, to their thermoplasticity and to the dimensional variations communicated to them. the heating effect of the conveyed currents.
In addition, most of the resinous materials used heretofore have limited resistance to shear and abrasion forces, and must therefore be suitably protected by an outer coating, for example of polyamide resin, but this, in addition to 'it is expensive, has only limited compatibility with the materials used for the insulation itself.
According to the present invention, there is provided an electrical conductor having an insulator with low characteristics of dielectric loss, formed of very crystalline polybutene or of a mixture of very crystalline polybutene and very crystalline polypropylene.
The invention is applicable to electrical conductors of various types. For example, they can be of the coaxial type, the insulation being between the inner and outer conductive elements, or they can have at least one coaxial pair of conductive elements, a part of the insulation lying between them, and at least one pair of non-coaxial elements each of which is covered with another part of the insulation.
Electrical conductors provided in accordance with the present invention are capable of operating at higher temperatures than those which are insulated by normal thermoplastic resins previously employed. In addition, they can be easily provided with protective coatings compatible with the insulation, the two being firmly bonded together.
The very crystalline polymers of butene and of propylene and their mixtures are described in Belgian patents N 545,952 of March 10, 1956 and N 543,259 of November 30, 19550 Their mixtures are described in Belgian patent application N 442,665 of September 4, 1957.
A preferred material for use as an outer protective coating is highly crystalline polypropylene, preferably having a crystalline polymer tenor of 80-90%, determined on the basis of the heptan-n extractable fraction, and having a molecular weight. average 100,000 to 200,000. Other suitable materials are polyamide resins, vinyl polymers and oopolymers, tubular coverings, textiles and metallic threads9 etc ...
The dielectric characteristics of polybutene are as follows:
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Ground resistivity at 20 C: 1015 Dielectric constant at 1000 kHz 2 to 2.1 Loss factor at 1000 kHz: 0.0002-0.0003
To apply the insulation and the thermoplastic coating material, if used, the most convenient is usually to proceed by extrusion.
Thus, it is possible to use an extruder having one or more screws in which the material is heated to the plastic state, in order then to force it through a die, through the center of which passes the conductive element to be coated.
On leaving the die, the coated conductor is cooled slowly or rapidly, then passed through a second extruder which applies a protective coating. Both coating operations can be carried out without intermediate cooling, if desired.
By suitably controlling the extrusion rate and the feed rate of the conductive element, uncoated or provided with a first coating, the coating material can be stretched, thereby improving the mechanical strength of the coating and obtaining the coating material. possibility of adjusting its thickness.
We. can use other coating methods, instead of extrusion, for example winding tapes prepared from the polymers, or passing the conductive element to be coated through a bath of the molten polymer.
The following examples are given to illustrate the invention.
EXAMPLE 1.
To insulate an electrical conductor for high frequencies, a 1.5 mm thick layer of polybutene stabilized with 0.5% antioxidant is extruded directly above it at 200 C. The extrusion apparatus used is of the standard type. At room temperature, the coated conductor exhibits electrical characteristics similar to those of normal polyethylene coated conductors.
But the coating has about twice as much mechanical strength.
In addition, its maximum useful service temperature is 40 C higher than that of conductors coated with polyethylene.
EXAMPLE 2.
The coating of a conductor is carried out as described in Example 1.
The conductor is then coated, again by extrusion, with a 0.5 mm thick layer of polypropylene stabilized with 0.3% by weight of phenyl-beta-naphthylamine and containing 1.7% by weight of black. of carbon.
The conductor thus protected can be used at a temperature 20 ° C. higher than that of the conductor of Example 1.
In addition, it can be subjected to greater mechanical stresses in service, for example to the abrasion encountered in the installation of field telephones.
EXAMPLE 3.
By extrusion at 210 ° C. according to methods known per se, a conductor is coated with a mixture of 80 parts by weight of polybutene and 20 parts by weight of polypropylene. An outer covering of textile fibers, for example jute, is applied by twisting them directly onto the conductor according to known methods. The final conductor has very good insulation characteristics over a wide range of frequencies and at temperatures.
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peratures up to 100 C.
EXAMPLE 4.
A coaxial cable is formed by extruding, at 225, a 5 mm thick layer of a mixture of 70 parts of polybutene and 30 parts of polypropylene, over a 4 mm diameter copper conductor.
A copper tape is wound over this layer, then covered with a textile material, for example jute, and finally with a protective reinforcement of steel wires. The resulting cable does not show noticeable reductions in the loss angle, even when the conductive elements reach temperatures above 80 C.
EXAMPLE 5.
A coaxial cable is formed as in Example 4, but using only polybutene instead of the polybutene-polypropylene mixture.
The outer conductor is covered with a polypropylene tape onto which a jute covering is then braided, with or without reinforcement of metallic threads.
The elimination of the wire reinforcement results in a lighter cable, which is especially useful for aerial suspension, and the polypropylene is able to withstand tensile forces without difficulty. Instead of the jute liner, a polyvinyl chloride tube or sleeve can be applied.
The advantages of the electrical conductors obtained according to the present invention are very important, particularly in the field of telephony or multiplex telegraphy.
Normal polyethylene offers similar advantages due to the fact that its dielectric constant and loss angle are independent of temperature and frequency.
But polyethylene has a relatively low softening point and poor mechanical strength characteristics. With the conductors of the present invention, the above advantages are retained at temperatures 30 to 50 ° C. higher than those permitted with polyethylene, and the mechanical properties of the insulation are superior.
It is obvious that a coating or an insulator in accordance with the present invention can be applied to all conductors, for weak or strong currents, and that they are very advantageous - under difficult temperature conditions: '. And / or mechanical fatigue.