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Procède pour rendre les polyoléfines utilisées comme diélectriques stables aux effets de voltage.
L'invention concerne une matière électriquement isolante de grande rigidité diélectrique pour l'utilisation à des voltages élevas de l'ordre de kilovolts et plus particulièrement une polycléfine solide, par exemple du polyéthylène, qui s'est révéléc être un diélectrique d'une Meilleure stabilité aux effets du voltage dans des câbles de transport de puissance.
Dans le passe récent., les hauts polymères synthétiques ont trouve une application croissante comme matières isolantes dans divers domaines de l'électricité. En particulier, les polymères solides d'oléfines, surtout les polyéthylènes et le polypropylène, par exemple, conviennent généralement comme isolants électriques pour les câbles et les fils électriques en raison de leurs bonnes propriétés mécaniques et de leur facilité
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de mise en oeuvre se combinant avec d'excellentes propriétés électriques. Cependant pour des voltages élevés, l'utilisation de tulles substances n'a été possible que dans des limites étroites parce que leur tension de rupture n'a même pas été approchée en pratique.
Ainsi, les polyoléfines solides utilisées cornue diélectriques pour l'isolement de câbles ou de produits analogues et qui ne contiennent pas l'un ou l'autre additif ayant la propriété do rendre stable aux effets du voltage, appelé ci-après "additif stabilisateur de voltage" offrent la propriété gênante, lorsqu'un potentiel alternatif est appliqué, que lorsque le voltage appliqué augmente rapidement jusqu'à la tension de rupture; celle-ci est sensiblement plus élevée que lorsque le voltage appliqué est élevé lentement et maintenu un certain temps à. cette valeur.
Par exemple, une élévation lente du potentiel pour du polyéthylène servant d'isolant représente 65 à 85% de la tension de rupture valable pour une élévation rapide* En théorie, la faiblesse relative des isolants en polyolé- ±'.ne produits industriellement provient de défauts et de bulles d'air de Iras petite dimension qui se forment pendant la fabrication et qui sont impossibles à éviter dans la fabrication industriel le, Par exemple,
do petites particules de matières étrangères sont toujours présentes dans la matrice hydrocarbonée* Un examen minutieux des nombreux défauts sur des échantillons a montré à présent que ces petits défauts initient souvent dans l'isolant la naissance d'un défaut dont la croissance produit une rupture due à des avalanches d'électrons provenant du courant qui circule dans le câble, ce qui produit une ionisation,puis une rupture à l'en- droit du défaut.
Un procédé pour réduire cette tendance des matières étrangères à initier des défauts qui consisterait à retarder ou empêcher cette avalanche d'électrons aurait évidemment pour
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résultat une au#:>Ér t,¯t.on de la rigidité diélectrique* On a découvert recèlent un Cl'and nombre (.1' add1 t:U's qui ausnentent ncttcmnt la résistance des fwa'67wCL'f T7C, n6y '1ilS,:<n 'i .. du po2yt:;.:ne ,faib?e densité au percement disruptift Do tels produits comprennent des compos6s aroiiatàques polycycliques halogénô5 et -iér hydrocarbures aronatiques subst1tU0S, se distin- guant par le fait qu'ils portent un groupe accepteur d'électrons;
et un groupe donneur d'électrons capables de se lier ensemble par un proton transférable de manière réversible. Cependant de tels additifs, en particulier ceux qui ne sont pas des hydrocar- bures purs, lorsqu'ils sont ajoutés en grande quantité à la
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polyolÉfine, peuvent codifier de naniere indésirable la constante diélectrique et le facteur de puissance. Ceci est particulibrcnent vrai lorsque 1'arnélioration de la stabilité au voltage dc;sirc3 exige des apports d'addtifs supér:Lurs à leur solubilité.
Une addition en excès sur la solubilité provoque la cristallation de
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l'additIf dans la polyolfine, ce qui cre des discontinuités physiques et ainsi la détérioration des propriétés électriques de .
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1ensemble.
La Demanderesse a trouve en effet qu'en Eiclanseant les additifs stabilisateurs de voltage mentionnas ci-dessus avec un 0':)::1posé trl,c aro:âa:.c,ue qui peut être r<41;ing6 avec la polyol{.!'ine..
Co::.r::e une :.1 -le l1'\::,¯'o\H1.rbonéo non volatile, C, un hydrocarbure trus aroz:aiq:e h 1><,x point de fusion tels que l'orthoterphénjolo ot 'CH} tcr>1;ÙnyloùJ 1<élar+c±s, il est possible cPClbton1r une ntab1- ! lisation au volt::.:t' e:sccllc:te, pour un\.! hus;.'.entation minimale de ) la constante d1C'.(:01.1'':'(1'10 ou du facteur de puissance des camponi.. ; tlons de T:O.;,'4.s.f:ïi.", par G:;Cs:t1). de ;,oly6tliylLne, résultantes ' Il{ est ;fo:s,bw.c,ar eYe:rlo,d'obtenix des résultats Jquivalents à ! ceux que donnent des quantités beaucoup plus rrz>de: d'habitudo 1 au moins doubles) d'additifs stabilisateurs de voltage sans pro- .
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duire cependant de Modification de la constante diélectrique ou du facteur de puissance.
En outre, dans le cas où l'ndditif
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est d'une solubilité limitén dans la matrice de p,::; rr et,en conséquence,, ne peut être seule il peut être dissous dans le composa aromatique en vue de son utilisation.
La Demanderesse a découvert en outre que ces huiles très aromatiques non volatiles peuvent aussi augmenter la stabilité au voltage de la polyoléfine, mais pas toujours aussi efficacement,
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dans les proportions llI:1itées requises pour enpêcher une dété- rioration des autres propriétés mécaniques et électriques de la polyoléfine.
Des huiles très aromatiques non volatiles convenant aux
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fins de la présente invention comprennent des huiles aror.t1ques du pétrole ayant une teneur totale en composés aromatiques et naphtcniques d'au moins environ 50,ex' et de préférence de gaz. Des huiles convenables sont la Kensol PL-l(Kendall Oil and Refining) ayant un poids spécifique de 1,038, une teneur'en aromatiques supérieure à 65% et une viscosité de 2,72 centipoises à 100 C, et une huile similaire à savoir l'huile CD 101 (Standard Oil of Ohio) qui, a une densité de 1,035,un point d'écoulement de -6,7 C, une viscosité de 100 SSU à 38 C et de 36 SSU à 99 C, un indice de réfraction de 1,
601 et un point d'aniline inférieur à 16 C. La
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teneur en aroi,,i.tîques de cette dernière huile est supérieure à 65%. D'autres huiles a:; xo; a3,, ys : sont l'huile Sundex S5 (Sun Oil Ce) qui a une viscocitu de 14,1;. centictokes u. r3 C et une densité de l$017 et qui contint environ 48;; d-'arosatiques 15;; de napthténiquos et 37r;; de paraffines et 'La Circo Light 011 (Sun 0.1, Co) qui a une viscosité de 4, cont15tokes à 99 C et contient 20% d'QrODt1ques, 40% de naphteniques et *40% de para±. fines.
Des hydrocarbures trs aromatiques à bas point de fusion
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qui peuvent être utilisés pour la présente invention au @ieu des huiles aromatiques ou en combinaison avec celles-ci comprennent-
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par exemple lIo-te:t'phûny1c" qui a une viscosité de 40,,6 SSU à 99 C, . distille dans le domaine do 333 350 C, et a un point de fusion
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de 6,3 C.
Les autres isomères du tcr1nylo,.lo m-tcrphenylo et le p-tcrphunylc, di stü.cx., c:weat.aant, dans 10 domaine; de 368 à 378 C et 381 C n ,8SoC, mais, les points de fusion élevés de ces co:r.poscs en particulier du p-torlih6nylo qui est de 212 C, rendent ces composés impropres aux fins de l'invention parce qu'ils se sépareraient par cristallisation du polyéthylène et nuiraient aux propriétés électriques des produits créant des
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discontinuités physiques dans le polyéthylène. Cependant, des terphcnylos en mélanges conviennent. Dans co dernier cas, les terphényles en mélange peuvent être mélangés avec une huile aro- matique pour abaisser le point de fusion, de préférence au-dessous
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de 10 C pour faciliter les manipulations.
En outre, le biph6nyle" l'anthracène et le phénanthrène peuvent être mélanges avec
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l'huile aromatique ou le terphénylc pour en augmenter la teneur en aromatiques et abaisser le point de fusion.
Des additifs stabilisateurs de voltage actifs qui peuvent être utilisés seuls ou incorporés dans les huiles très aromati-
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ques comprennent des polyphGnyles pol.i,hal,ogénés et d'autres hydro- carbures aromatiques substitués. Des exemples de polyphényles po- 1yhaloZGnés convenables comprennent des biphényles chlorés, des triphényles chlores et des mélanges des composes de ces deux
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classes, ainsi que des polyphényles bromes par exemple le 4,,1."-di- brornobiphényle.
Une varité de polyphenyles polyciilor6s est par exemple disponible dans le commerce sous forme de mélanges appelés
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Aroch1or 126i et 1262 (?.tons<u1to CheIica1 Co) qui ont respective- ment des poids spécifiques de 1,538 et 16.6, des indices de ré- fraction de li630 et 1,651 et des viscosités de 44 et 103 (v5) à
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99 C. D'autres cor::;os6s =-,o;;''hn.1.océn(s COL1p:rerm:'r:'\ 1:}> 3.i!}l'!'.fû.:;'( ét antliricénes po::';"':::'Ol'J3 i. 1:. polybror.t':s et i:a:v e:a.ie23ß:.
Des additifs .n1 wt.(W.:r'L:i iA i1 ià.L .3n i aV é ai uf,r,; lez lîyc1rocarbure.,'! aronatiqucs substituas '4r.rnlr>iâiud plus lmut, tels que le 2,4,6-t'tnit-otoluône, la 2-n.ltr..>dLà>hônylaiiine, la ,4...dinJ. trodi....pli lbâI1.,':o:y,".31 ss.'ëy le ,. ,;,?11'>r9:.:,'<'sw le 2-' dwnitwato3.uè:e, ::.' "...ni ;-1'0 biZ1huy1.e la b.1.ph';Í1Y':1. :": .':) 1 2-ni 'J:.:';;)U aaiil1le, l'a.'1thr=.nilon:tl'llc, le l-:tlUol'o-Z...ni:!:;roh\7:t'l..i:mc" leurs r.é.i1.'1CcS Oo'1trú eux et Ityurs :.l(.l;1Y<:;e: avec la <iipliénylatainù '3t dei; l.';'F'."...''.vG':â, par exemple de dip:.6ny'.a..llnü avec au soins un coaj osé choisi parmi le !-d.l1trobeLu:tne, la t:l-nit::Q<nJ.l1ne, la 1"2ï.trO:.Ti...'::lE:, le i.;-nit-otoluône, 1e j:-n.trtt3.: u-:.t', 1 l' o-ni trochlxrobenzône, et le p-nitrochlorobensene.
Ces additifs ont en commun les caractères suivants:
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1 - un groupe accepteur d'électrons, spécialeaent un groupe fortement non saturé, par exemple contenant une liaison pie courre - 1102e C0, - CII, phényle et polycyclique aromatique 2 - un groupe donneur d'électrons, spécialement un groupe contenant un proton transf(rable,conIT.1e des groupes wnino et allryle inférieur s, par exemple lI.ff2 et -CT;
3 - une liaison hydrogène possible entre les groupes accepteur et donneur par un proton transférable, comme lorsque les groupes accepteur et donneur sont ortho l'un par rapport à l'autre par exemple sur un anneau benzénique;
4 - la réversibilité du transfert du proton entre les groupes accepteur et donneur, cornue dans l'isomérisation céto- énolique ;
5 - une structure et des liaisons entre les groupes accepteur et donneur qui favorisent le transfert de charge et d'énergie
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comrie une structure plane ou presque plane d'un système conjugué de liaisons simple,.- et doubles (\.tol'n6cs, coron;<a un noyau arosatique;
à - une dimension et une âY:.e.l. 4 adéquates du système
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conjugua poile assurer une capture dicctronsct une dissipation d'lnoi.gie subséquente sans rupture irréversible de liaison 7 - me solubilité adéquate #lé l?additif dans la matière isolante C'Ld.g 9t"'w'' un nonbrc suffisant do centras pour la. capture de produits con,ar,nants indésirables tels que lo3:y- Ecne -q4 1<;,5 ±liétr>n5 çui se déplacent dans 1 G:,:,1 6iéétrLqie> Do taqon 3s. a.e? les affinitus électroniques rewativc;v des résidus atomiques sont dans l'ordre Cl>0< Et ensuite on a 0>11.> 0. Les groupes accepteurs ont des affinités dicstroniquos dans lrzvre .* N0p>- CU 0 = 0> ,plz4uye. Les aptitudes relatives conime donneur dP61cetrans sont -il(Cll,)2 z - xt3 .. cil phënyle.
Les coefficients sigma et sigitia plus do Hairett sont une mesure approximative des aptitudes co;al:;w aecepteurs et don- neurs ds3cctro:s pour les atomes et les groupes. Ces coeffi- cients sisaa ont dt6 ddtoruincs pi .' de nombreux rauteuz's, et spè- cialer.ient P.R. Wells, Chéi<4cal Reviews p. 171-219 Avril 1963.,
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voir tables pages 181 et 189 de cet article.
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Les additifs suivant l'invention sont particuliûresent efficaces avec des polyol6fïnes colzne les conpositions à base de palyéth;,3.ane , baswe dcnsitë qui ont généralement un poids spéci- fique de J'.eo,4,dre de Oe 9 a a,9 et un indice de fluidité de 0,2 à 2)0. Les rz4c..4.fs ; sont efficaces aussi pour obtenir l'eT- fet rechc::-,...' JtR les polyethylcnes haute densitd ("basse pression"), et 1-c--. autres N pol;a !'.ne: , par dans le io.3. ; propylène. Les compositions de polyolcfincs sbilises suivant 2.J,.,4nvc,.Itloll peuvent nattrrt-,7.e:ent corf;eliz de petites proportions des additifs adjuvants et eliarees utilises nori.iale,.-ictit dans les compositions do iJolyolCr1noi-,con.,o du noir de carbone, des pigments, des mWi.o:.ydants, des stabilisants ii la chaleur, et des stabiiisa:its à 10ozono.
Les additifs sont utilises ausw3.,potir aiie-.1t,,nte.- la stabilitu ait voltase do compositions do polyole-fines solides qui contierment do faibles proportions de polynuros et do copolyr.uros caoutchouteux d'ol±fino3, ca:;;;.:c .isotul;y.:ne ot
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l'iso9rsne. En outre, les additifs sont utilises avec des obar poa sitions de pa:.yo; 3,nes qui ont subi une reticulaticn par excapio au moyen d'un catalyseur peroxydique co..,2.e la perodade de dcumy3e , 0 le 2,.-bis(tba;.pQroxy.j2,dßmte;llesey .o, ,3 etc... ou par irâadl,'ova do l'ordre de 10 à 15 m6Cllrad, par exemple au moyen de coba.lt-60 (radiation ar :;.a ou tl'u.'1 accélérateur 1-Inéaire (radiation buta).
Comme la proportion d'additifs stabilisateurs de voltage nécessaire pour une importante amélioration de la stabilité au
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voltage d'une polyolufino est gc'ndrale!nent d'environ 0,1 à 10% et do préférence d'environ 0,2 à. 5,0% du poids de la polyoléfine, un important critère qui limite la possibilité d'utiliser un.
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additif particulier est sa solubilité dans la po.yolêf.ne,q,u. doit être de 01 % et de pr4férence 02% en poids ou plus.
L'incor- poration de tels additifs en proportion excédant la limite de solubilité entraîne une détérioration générale des propriétés électriques par création de discontinuités physiques et doit donc
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être évitée, L'addition à une poiyoiéfine de 0, J en poids d'additif solide et de 2,0% en poids d'une huile aromatique non volatile,sur la base du polymère, donne une composition isolante particulièrement efficace pou: les câbles de force à haute tension.
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Les additifs sont choisis de ,xfrenee de façon qu'ils puissent être incorporas a la JSI.l."0.'LIl'C.' ût :.. dùconposition du pOl:r:::ùro"ni vol:lt.tlisatton de iad'd3.t3. COT;J1;\C on utilise des températures de i.9 G 20lY C pour nelanser d'une façon satisfrisante dos polyolc-finos avec des ",o!4-doseles additifs solides à la température ordinaire ont de préférence la propriété d'être liquides et d'avoir uno faible tension de vapeur dans cet in-
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tervalle de température.
En con>6qaenco, les stabilisateurs ont de préférence un point de fusion inférieur à .S,7ijaV/ et un point d'ebullit10n supérieur à onviron 149 C. tee additifs stabilisateurs
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qui sont liquides à la température abinntecon.M !l'ailes aron.tiquos peuvent être incorpores à la polyolcfino pulvérulente ' ou sranulaire par barattage ou par d'autres techniques n'exigeants pas des tei:;1>6#atures élevées.
Les addltifs no.-raloinent solides à la température ourdinaire ne doivent pas être -;±lw:jls a chaud avec la polyolcfine lorsqu'ils se trouvent on avec des huiles aromatiques
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parce que celles-ci dissolvent les additifs solides pour donner
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des z7<ln;n;es l.azz.de: faciles ri incorporer à la polyolefino pulvérulente par barattage ou autresent.
On peut utiliser une grande variutd do proportions polir la préparation des neianses de l'huile aromatique non volatile ou d'autres hydrocarbures aromatiques avec les additifs stabili-
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sateurs de voltage. Les proportions choisies sont celles qui
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sont les plus économiques bien que d'autres cans3.dc'rrtions, coane l'efficacité puissent iiifl-uencer le choix des proportions. On peut utiliser à peine 5 parties en poids jusqu'à 40 à 50 parties on poids d'un additif solldet Io 2,4-dinitro-) toluone ou le polychloropropylphenylo dans 100 parties en poids
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d'huile aromatique ou dJ'orthoterphç"nyle.
Un nelange avantascux et efficace comprend 25 parties de l'additif pour 100 parties d'huile ou d'hydrocarbure aromatique En pratique) 11 est rucr4;dnt dslzab.e d'appliquer un blindage sémi-conductmr sur un conducteur toron;u,;zpar exemple
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en cuivre, en vue de diminuer la possibilité d'une décharge
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électrique dans les cavit6s entre le conducteur et la face int- rieuro do l'isolante ce qui provoque une détérioration du didiec- trique.
Le blindaso appold blindase de torsade,est typiqucMcnt un revêtement extrudo d'une polyolcfine seai-conductrice par exemple du poljr6tl"j'll;nc contenant de faibles qu,,ntit '0-'s d'une matière cc':^C,'Ll.C'f:r.i.C,al:::C . noir de cari>ot>JmD<:5 pol.:/o1ôiLne5 solides sont ;;c,e:..:at ut.? 3.: :s conje gain oo dû cubiez auquel
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eau) elles sont 1"rt:q,uc;mJ3t a:!:zc:es avec du noir ne c é:oz':, ou deautrez pigruntso Suivant la présente invention, on peut ar:;Gliorer co#sid±rablement la tension de rupture d'3 l'isolement en polyolefine d'un
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câble à haut voltage en ajoutait une certaine proportion des
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r.6langes d'huiles et d'additifs décrits plus 1;
ai", >,- blindase de torsade à une a;ti,6> couche ,.Si.-çOnr.,t2'i'â(ie èv,..::¯.',i' 2110" i's.hsV.tm qu'a la gaine du cable si elle est à base à5:;no pclyolcf incitant donné, que ces blindascs sont dans la zone du plus grand risque c;,rax.,rfect.mz::, la quantité de stabilisant est plus grande .. que dans l'isolant. La Demanderesse a constate que 2 à 20% et en particulier environ lu% en poids du mélange d'huile et d'additifs conviennent dans le cas d'une composition pour blindage senti-
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conducteur.
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Un tel blindage peut éire iorné do la eâre polyoléfine que celle utilisée pour l'isolant ou d'une autre natibre pouvant
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être extrudée et contenant par exemple du noir de carbone qui la
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rend semi-conductl'C'h Une composition pour blindage peut,par 07.c\:lple, être fornè d'un copoly::.re d'éthylùne et d'un acrylate contenant 30 â ly0 parties de noir de carbone seMi-conducteur pour 100 parties en poids de copolôre , ce qui donne une résistivite d'environ 100 ol1om. Uno gaine résistante aux intempéries' pour un câble peut être faite de la !'1ÔO polyolefine que celle
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utilisée pour l'isolant ou., si on le désire, de toute autre Matière
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résistante aux intenpuries et applioude facilement sur le câble.
I, Une natiro noire résistante aux intempéries coaprend par exemple du polyé1ylône, ayant par exemple un poids spécifique de 0,92 et un indice do fluidité de 0,3 auquel sont incorporées environ 2,5 a 3 parties de carbone fincuent divise et bien dispersé d'une eranulo=trie moyenne d'environ 10 à 20 microns, pour 100 parties en poids de polyé1y1ène.
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: ..j-:.' ' a'. .
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Pour illustrer Inefficacité des stabilisant!; suivant
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l'invention on 1'01':1.':: un. câble de 61 torons ae cuivre nu (177 mm2) en l'enveloppant par extrusion d'un blintïFe en po.'c'tr)y:r3n seni- concucteur. Une 1:ci#tion est rpgliuwp par extrusion sur le blindée et comprend 1=n'- paroi de poly0thyléne de 16 min (densité
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0,92 indice de fluidité 0,3) contenant une trace d'un antioxydant
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et 2,bµ1, du poids de pozytti)ylène, d'un r:)1¯no de 25 parties
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en poids d'Aroclor 1260 de 100 parties d'huile Kensol PL 1.
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Un rutrn semi-conuucteur de Nylon et un ruban de cuivre d'une
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pa1sseur de 0,102 mm sont enroulés et en hélice sur l'isolant. Un revêtement protecteur de plomb sur une ?pnisHeur de 0,25/ mm
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et un revêtement non résistant aux'intempéries en polyethylenc <? haut poids molculf'.1.re, d'une épaisseur de u,:'l mm, sont extrud's sur l'isolant blinda. Le CI ')le résultant qui a un diamètre extérieur de 6, j5 en et pèse 9,a kC au mètre convient pour un rûse3u à 69 KV avec neutre à la terre (40 KV à la terre) avec une puissance de 45 000 KVA (100,é) .
Lr, :)Ltj)t r,c7l'.tt de la r±:,Stfa314r> ti113C vol illC(lL'! fitcynn'- tflfli du polyJthylLnc EVCC additifs sur celle du même polyth:lù1\f sans additifs ressort par comparn1on. 1..cr1)â ce c;i;:, on Gt7I'al. pi;,ci<uri tGlrâ t...t?!1.. du fil dp cuivre M;:1j' tic! 2JO' mu portant un- '''..-:'.I ! :Ct..llt., ùn , iâ .;;c 4 il bli!1er;denn1tû f.1')lrï' ± ts,ti:1"=u: (h! ;;',0 3;' ::l'^.s Dl:!i;.; un w'F;Wiy 1<: ply'thylenc contient i, >,µ C1f' non poiup du ;;,11;:nje de 2:' 3atT'..t :; en poids <1';;1'00107" 1;'Ó0 :t <.+à 1"JJ ;4.rti,.;e on po1u:J ;le ±\(:11::01 PL 1 tandis qui; 4, i.s 1';:uti c; l'additif eut omis.
Sour 1<1:> ''cunntillons jont s: rtJ.=: ;;;,ni ttt:: 1: conni ti/)JW 1ncnt1(:UHf,;, clfcaac3'c à 50 KV (60 cycles) ot pn.'tito toutes lis <::1n., minutes, 10 vo1tnlù c ;t au,;.n<3nt,' du; ',3 iliiv If'! i'F,..ilsll 1 donne les résultats d'un essai sur deux, en pcu:c±Âatrt d lc rf:3tillanâ n'ayant pas rD1ct à l'essni.
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TABLEAU
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<tb>
<tb> Voltage <SEP> d'essai <SEP> KV <SEP> 50 <SEP> 60 <SEP> 70 <SEP> 80 <SEP> 90 <SEP> 100 <SEP> 110
<tb>
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Polyi--'tliylène + additif 0% Oft 0% 10% 20% 50% 90% Po1ythylne sans additif 20% 50% 55% 65 1005 100% 100%
L'amélioration de la rigidité diélectrique en courant alternatif attribuable aux stabilisants est également montrée par dos essais dont les résultats sont donnés au Tableau 11,
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pour des câbles isolas par 5,03 mm de polyéthylène (densité 0,9 indice de fluidité 0,3) contenant dans un cas 2,5# de son poids du mal1nge ci-dessus dyitroclor 1260 et de Kenzol PL 1 et exempt de cet additif dans l'autre cas. Les câbles sont séchés à température ambiante et le voltage à 60 périodes est élevé de 10 KV toutes les 15 minutes.
TABLEAU 11 ----------
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<tb>
<tb> Sans <SEP> additif <SEP> Avec <SEP> additif
<tb>
<tb> Temps <SEP> pour <SEP> le <SEP> claquage <SEP> Temps <SEP> pour <SEP> le <SEP> claquage <SEP> en
<tb> en <SEP> minutes <SEP> au <SEP> voltage <SEP> indiqua <SEP> minutes <SEP> au <SEP> voltage <SEP> indique
<tb> KV <SEP> min. <SEP> KV <SEP> min
<tb> 98 <SEP> 1 <SEP> 107 <SEP> 58 <SEP>
<tb> (1)
<tb> 63 <SEP> 1,5 <SEP> 106 <SEP> 14
<tb> +
<tb> 97 <SEP> 144
<tb>
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(1) Le voltage doit être d1m1nu;,Î il cause de difficultés expér1mèntales.
D'autres essais ont ^xontr que la rigidité diélectrique ou courant al tt'rnr.\t1f de ces cch<intillons dans l'eau, compnI'te avec celle d 'EÍchlmti11on sec est environ de 92Í pour le polyëthylune bVUC bauitif.
Le 'l'nDlt:l1u III montre .'rxpt,itua du polythylne il résister t'n milieu sec a des voltages rla-tivement levs en courant continu pendant la durée qui est augmentée par l'utilisa-
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tion de l'additif. Les cnanti11ons sont en cuivre massif de
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2,906 m:n portlmt uno couche (le 2,?4 mm de OOIY-tl'Ylèr-0 et sont au nombre de dy pà1- essai.
Le milange stab111fHiut est le même que dans les Tableaux et II et les concentrations sont identiques.
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AHLi.dIU lU -----------
EMI13.3
Heures ju:;nu'.u claquée à 700 volt!.. pt1r O"O:::5/. mm.
Type d'isolant .(ma yen;iù loenr1 thmi'1uo)
EMI13.4
<tb>
<tb> échantillon <SEP> sec <SEP> température
<tb> ambiante
<tb>
EMI13.5
Poly4thylÈ:no
EMI13.6
<tb>
<tb> a) <SEP> avec <SEP> additif <SEP> 7.700
<tb> b) <SEP> saxxs <SEP> additif <SEP> 12.000 <SEP> #
<tb>
* trois sur quatre des échantillons sont encore en état à la fin de l'essai.
L'addition des stabilisants de l'invention ne semble
EMI13.7
pas accroître la rigidité diélectrique du polyéthylnp. aux impul- sions. Cependant cette rigidité élevée est mise en évidence par l'aptitude du câble en polyéthylène à 69 KV décrit plus haut, avec isolation de 16 mm, à résister à un voltage à impulsions négatives de 1.000 KV 1 - 1/2 X 40. Le niveau de base d'isolation du câble de 69 KV aux impulsions est de 350 KV.
En outre, le câble isole au polyéthylène avec ou sans additif est soumis à un essai à l'aiguille. (Transaction AIEE Paper n 62-54 "An Accelerated Screening Test for Polyethylene High-
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Voltage lnsultt3.ont, D.W. Kitchin and z, Pratt). Dans cet essai, on détermine au moyen d'un défaut nomnalis4 la rigidité diélectri- que relative et on apprécie la durée de vie probable sous tension du polyéthylène en observant la formation d'une dendrite, qu'on admet être le premier stade du claquage électrique. Le "défaut
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normalisa" est une aiguille enrobée dans un échantillon de polyéthylène dans des conditions définies. L'eswai consiste à appliquer une t nsion entre l'aiguille et la tC1,']'f.:.
On observe
<Desc/Clms Page number 14>
EMI14.1
les dendrites au microscope. Le voltage pour lequel ':1.1tl'l':; sur huit de5 cha.nt111on.::> pris en doubla recèlent rie tel1,;;'ÎB,tL'Î.:''::;1en 1%ne lieure est choisi com:M le J1v:):'t:1C -:::ar(.\ct0rtJt1...1j.' Ù. sn> heure", Les résultats de cet essai concordent avec les essais de durtie de vie des câbles. Il E'n est ainsi pour le polyéthylène avec additif et pour le pny.atiy .;nc n composition classique* Les ,érr.i. li 4A" sont donnas Zli,iaw? 1 Tableau IV.
N Lr ¯ ui ,. s? iw3 le I:1bi..t1.u lll, le polYIthïl,1..; ést à faible 4ùn:1',té ::;4d; indice de f''.iit 0,3) et l't.f,L1t1.f qui représente 2,5# du eu polytbylf.:n1 est un m6J.±!1!.: de 25 parties en poids d'''!'(Jclor 1260 et de 100 parties en poios do :I\(>n:::o1 PL 1,, TABLEAU IV
EMI14.2
1 e 0 l t-,nt- DU1"/.e de viEJ 01.tS ten:
d.on Essai à laipu.lie
EMI14.3
<tb>
<tb> a) <SEP> fil <SEP> dans <SEP> l'eau <SEP> à <SEP> Voltage <SEP> caractétempérature <SEP> amhiante <SEP> ristique' <SEP> à <SEP> une
<tb> b) <SEP> 230 <SEP> Volts <SEP> par <SEP> 0,0254 <SEP> mm <SEP> heure
<tb> ' <SEP> Temps <SEP> de <SEP> claquage <SEP> en
<tb> heures.
<tb>
EMI14.4
f2!l!!!l!!l
EMI14.5
<tb>
<tb> a) <SEP> sans <SEP> additif <SEP> 930 <SEP> 23
<tb> b) <SEP> avec <SEP> additif <SEP> 2.900 <SEP> 46
<tb>
EMI14.6
±XMPLE 2.-
Le Tableau V donne les résultats des essais par le procède à l'aiguille pour d'autres compositions de polyéthylène suivant l'invention.
<Desc/Clms Page number 15>
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T.Li,,U #
EMI15.2
---------
EMI15.3
Pclyithylène Additif $ Additif Voltigé cà ra c téri r ti zuc J.c cr<;1 s se:a ;;f, :,:oj;.:>n de volt- pe p'!'l' ..¯-3:61%.t" 4 lé rupt.u:-#y 7' i:::t:V lu i.#S 1:;> 15 i-;-i-:- fjr l1r!+: ¯x ..Ìx= ce 0'> ',"-o .i 4."ë.2¯^ C':ni,'i¯'Fa n>< 1 =ii'Indice .' s,à.1"Z:.3,t., Vw K±,xirc;1 PL.-1 Po:c:.' : :.:,i-x:¯u. il , b>L f.rac l c 1. 12 Cl 1/2 46 Indice ce flr; .r,i 0,.<: c-ct.
Poids i>ëcifl,:u<: O,9 J.roclor 126J 1/2 40 Indice ce fluidité 0,3 Kensol PL 1 2 Poids à-p/cifii;uo 0,9'- dipl.nylH1Ïne 1/2 60 8É>4 t;.C.ot.,4 Inoice de ï.ïuiait 0.3 51<.nsai PL 1 2 11 , ....
Poià stoi,üe 092 4 .. "t 1 . 1/2 60 '39 '"'"ea'c 5....
<Desc/Clms Page number 16>
Comme indiquaci-dessus certains additifs sont des hydrocarbures aromatiques substituas comprenant un groupe
EMI16.1
accepteur d'électrons et un groupe donneur d'electrors pouvant se lier révers1blemant par un proton transférable. La Demanderesse est portée à croire que le mécanisme par lequel ces additifs
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empêchent les avalanches d'électrons dans les polyo14fines isolantes est le suivant dans le cas de l'o-nitrotoluène. Dans le cas de leo-nitrotolubno, le groupe accepteur est le groupe nitro et le groupe donneur est le groupe méthyle.
Le donneur et l'accepteur sont dans une position telle eu'ils peuvent former une liaison hydrogène entre le proton de l'hydrogène sur le groupe méthyle et l'atome d'oxygène à liaison Ò du groupe nitro des atomes forment un cycle dans le même plan que le carbonyle aromatique. Ce proton est potentiellement transférable et le transfert est réversible. La longueur de la
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"liaison hydrogène" est approximativement deux fois celle'de la liaison sigma (o) entre les atomes de carbone et d'hydrogène.
La structure entre les groupes aecepteur et donneur est à peu prèsplana, et les atoniesdans le cycle entre l'atome N du groupe accepteur, et l'atome 0 à liaison hydrogène potentielle du groupe
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donneur, y compris les atomes C intermédiaires sont unis par un systme de liaisons alternativement simples et doubles* Ce cycle est cn outre uni au cycle benz,ni(,ue conjucué et en fait partie, ce qui assure une dimension et une complexité appropriée à la capture d'un électron et à la dissipation de l'énergie sans rupture irréversible de liaison.
Un électron arrivant en un poids quelconque de la
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structure est facilement transféra par le systÙtne conjugué à la partie de la inolL*Ctllcj qui possède la plus grande aff1ni tf.1 pour l'électron, c'est-a-dire au groupe nitro, en particulier, à l'atome d'oxygène du eroupe nitro uni par liaison hydrogène au groupe mthyle.
Après que l'électron ait aigre vers l'atome ayant la
<Desc/Clms Page number 17>
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plus grandr affinité pour 1)lectrori,, i.tii, dons ce cFz3, est l'atome ü'rxy4.ne à liaison rr dans le groupe attirant le plus l'hiectron à savoir le croupe -No2y l'41ecti<on capture provoque le transfert du proton de la liaison hydrozéne vers l'atome d5oxygéne et'celui-ci aelanche à son tour une redistribution des électrons, entre les groupes donneur et accepteur par l'in- t,-rm(-'cilaire du systene benzéni(lue, aprus quoi la paire d'41ectrons, ) qui maintenait pri:aitivuxent le proton sur le groupe mthyle., est dt,,ich-le, pour former une liaison n, entre l'atome de carbone
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du groupe mthyle et l'atome de carbone du noyau benzénique
EMI17.3
annuel ce groupe ,il--'thyle est li.
La distribution originelle des 'lectrons, dans le groupe nitro et le noyau benzénique., est ainsi remplacée par des liaisons uniquement si,,,,ma, entre les atomes d'azote et d'oxy;éne du groupe nitro, une paire deélectrons sans
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liaison sur l'atome d'azote, et une paire d'électrons sans
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liaison sur l'atome de carbone du noyau benzénique relie à l'atome d'azote. convient notez qué indme inarNie gén4nale Il convient de noter que la rncrc Marche générale se produit dans une combinaison de molùculùs, où les groupes nccepteur et donneur se trouvent sur des molécules adjacentes mais
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séparées et éventuellement différentes.
Des exemples de combinaisons possibles sont:
EMI17.7
Pour être utilisas seuls ou Pour Stro utilisés seulement en combinaison, avec par en combinaison avec, par exemexemple, de la dil1h,!nylH11ine plot de la <iiph<3nylamine a-ni troaniline nt-dinitrobenzene o-nitrotoluène m-nitroaniltne 2,4-dinitroaniline p-nitroaniline m-nitrotoluèno
EMI17.8
<tb>
<tb> p-nitrotolùène
<tb>
<tb> o-nitrochlorobenzène
<tb>
EMI17.9
p-nitrochlorobenzène 1
EMI17.10
<tb>
<tb>
<tb>
<Desc/Clms Page number 18>
Les composes indiquespour être utilisas seulement en combinoison, ne remplissent pas les conditions générales indiquées ci-dessus, auxquelles doivent satisfaire les additifs, et sont par eux-mêmes de médiocres additifs stabilisateurs de voltage.
En combinaison, les groupes accepteur et donneur des molécules adjacentes se lient ensemble et forment des stabilisants efficaces.
La proportion des additifs utilisés en combinaison est variable mais on préfère les proportions équimoléculaires, afin de permettre aux groupes accepteur at donneur d'électrons sur les différents additifs de se grouper par paires, de telle façon que la liaison puisse se produire entre molécules adjacentes mais séparées, particulièrement quand la disposition des groupes accepteur et donneur sur les molécules individuelles n'est pas de nature à permettre une liaison hydrogène.
D'autres matières entrant dans le cadre de l'invention acceptent un électron comme le fait l'o-nitrotoluène. Si l'on considère comme exemple le 2,4-dinitrotoluène, le groupe nitro dans la position 2 peut capturer un électron qui se déplace dans son voisinage, sous l'influence du champ électrique dans l'isolant subissant 7,'effort diélectrique. Cette situation serait stabilisée par échange d'un proton du groupe méthyle adjacent de la molécule du toluène. Ensuite quand l'électron est libr (à faible énergie) le proton retourne au groupe méthyle et la dinitrotoluène reprend son état original et peut continuer à agir de la même façon.
Suivant cette hypothèse, le 2,6-dinitrotoluène serait un meilleur stabilisant que le ^4,4-dinitrotoluène, ::tant donné que le premier a deux groupes nitro adjacents au groupe méthyle, alors que le second n'en a qu'un seul dans cette position. Les résultats d'expérience montrent qu'il en est bien ainsi. De même, l'anthranilonitrile est conforme à la description générale de la présente invention, le groupe cyano agissant comme accepteur d'électron, et le groupe amino cornue donneur de proton.
La description générale de la
<Desc/Clms Page number 19>
présente invention est encore appuyée par une comparaison de la
EMI19.1
2,6-Oinitroaniline avec la. 3,5-àinitrJaniline et ûe la 2-nitro- atlilwna avec la 3-nltroaniline, où dans lob deux cas, le groupe a;nino agit cornue donneur de proton. lot de nouveau, le max1mul'1 de stabilisation se produit quand les croupes nitro sont en position adjacente au donneur de proton sur la structure cyclique.
Suivant les principes de la présente invention, il est évident
EMI19.2
que la substitution d'un groupe nitro sur la d1phf:nylaminc, en position ortho par rapport au groupe amino, en fait un additif particulièrement efficace, et que le résultat est exactement conforme aux prévisions. De nouveau, la réaction globale est
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réversible et aprés l'absorption d'un électron Gnerjétique, ce qui aide à éviter la formation d'une avalanche d'électrons, la molécule de stabilisation libère l'électron et reprend son . titude à capturer des électrons.
Les exemples ci-après illustrent l'accroissement de stabilité au voltace que permettent les additifs aromatiques
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su1ntituÉs choisis suivant l'invention. EXEMPLE 3 -
EMI19.5
Un certain nombre d'essais, rsun:s dans lù Tableau VI confirment 1f1 st..bili t,: à la tension de longue dU1'e, à différents voltaces; 'qUM pï's'?ntent des compositions di,luctr1(IUêlJ contenant iin poly\th>,l "1'\ do bttue i3 6005 (denu1tr. Z,92, indice do fluidité 0,:3 et con1..:t1hnt une tract:' d'un antioxydant crmrcac.irz7..
Une t.6rio de huit c:'::H1,i est OX1CUt't:> pour chll'1uQ composition.
Les prém10rtJ :cizztnti"L3.orts sont constituas tie poly.;tt1ylm DFD 6005 SMis c..icit.i' stabilisateur de vo...ta;t>. Les autres compositions (jxnt.1intG contiennent uu po'4.y,-thyIZ4ne et Oe5lr'el en poids d'un additif ztE.bil1sht'JUl' ae voltili,e (saui.' exception indiquée). Tous les échantillons contenant dei additifs sont prépùrés par mélange, , dans un broyear à crr.ui, à des tem1Jratures S1tU0us entre 1.G3 C et C'C et sont idont1':ul3$ en forme et diinùnsion,
<Desc/Clms Page number 20>
EMI20.1
On soumet chaque échantillon, à la ts:.5xature abian- to, à une tension alternative régulière et on examine l'apparitiond 'une rupture sous haute tension, par l'essai à l'aiguille décrit ci-dessus.
EMI20.2
<tb>
<tb>
Nombre <SEP> de <SEP> ruptures <SEP> en <SEP> une <SEP> heure
<tb> sur <SEP> huit <SEP> échantillons
<tb> tension <SEP> d'épreuve <SEP> - <SEP> KV
<tb>
EMI20.3
Additifs 18 ?0 23 20 i:.Q jQ 60
EMI20.4
<tb>
<tb> Néant <SEP> 4
<tb> 2% <SEP> 2,4,6-trinitrotoluène <SEP> 0 <SEP> 3 <SEP> 5
<tb>
EMI20.5
ortiiom,bthy1élnisole 5
EMI20.6
<tb>
<tb> 2-nitro <SEP> diphénylamine <SEP> 000
<tb>
EMI20.7
2.4-dÎnitroanisole 0 6 2-méthoxy-4-nitroaniline 0 8 4-m6thoxy-2-nitto>miline 0 8 2,4-din1trod1phénylam1nG 0 0 '1
EMI20.8
<tb>
<tb> ortho <SEP> nitroanisole <SEP> 002
<tb> chloranile <SEP> 3
<tb>
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216-din1trotoluno 0003
EMI20.10
<tb>
<tb> 2.4,--dinitrotoluène <SEP> (techn.) <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 5 <SEP> 8
<tb>
EMI20.11
2,/*-djnitrotoluène (techn.) (rsnouvblé 037 orthonitï'ofUphunylû 003 2,
4-din1trochlorobenzna 4 7 ?
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<tb>
<tb> diphénylamino <SEP> 002
<tb> 2-nitrouniline <SEP> 0 <SEP> 5
<tb> 3-nitroaniline
<tb>
EMI20.13
nthrnilonitril0 0 1 1 3>5-dinitto<,nilino 7 2,6-dillittOliililillS 1-tluoro-dinitrobezi,,iene 0 0 On transpose les améliorations de la résistance diélectrique, obtenuespar l'incorporation de petites quantités d'additifs
<Desc/Clms Page number 21>
stabilisateurs de voltage ci-dessous, à des échantillons fabriqués à l'échelle industrielle. On fait un certain nombre de lots dressais donnant de grandes longueurs de câble de force de 15 KV isolé par du polyéthylène contenant des additifs du type décrit.
Les résul- tats obtenus dans les essaie faits sur des échantillons de ces lots de production, sont unlformément supérieurs aux résultats obtenus lors dressais similaires faits sur des câbles isolés par du polyétnylène normal ne contenant pas d'additifs stabilisa- teurs de voltage.
Ces remarques s'appliquent particulièrement aux essais de durée sous tension et sont frappants dans le cas des essais de durée vraiment longue, tel que l'essai de durée de vie sous tension, au cours duquel un échantillon de câble est maintenu à un voltage de 2,5 fois le voltage de service jusqu'à ce que la rupture se produise. Il résulte de cet essai de durée de vie sous tension que, le polyéthylène contenant des additifs stabilisateurs de voltage est 5 fois plus durable que le polyéthy- lène non stabilisé ou davantage.
EXEMPLE 4.-
Les additifs de l'exemple 1 donnent, avec le polypropy- lène et le polyisobutylène, des propriétés de stabilité s'ils sont mélangés à la polyoléfine utilisée à raison de 0,5 à 2% du poids du polymère.
EXEMPLE 5. -
Pour illustrer l'effet de stabilisation au voltage d'une combinaison d'additifs, on soumet à l'essai de l'aicuille du , polyéthylène, semblable à celui de l'exemple 3, et 'contenant 1/2% d'un mélange de parties égales de 2,4-dinitrotoluène et de diphénylamine. On ne constate aucune rupture aux tensions d'c;preuve de. 50 XV et 60 KV.
EXEMPLE 6. -
D'autres additifs donnant une stabilité au voltage simi- laire dans le polyéthylène, lorsqu'ils sont combinés en proportions
<Desc/Clms Page number 22>
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JquimolJcul.:1ire avec de la d1ph\;nylA.min pour forcer un :r.=lane qui est incorpora dans le polyéthylène à raison ue 0,5% du poids de ce polymère sont;
EMI22.2
o-nitroaniline n-dinitrobenxene o-nitrotoluène m-nitroanilne 2,4-dinitrotoluén; p-nitroaniline iin.-n.iti' =ci lâ:Iie p-nitrotoluEne o-nitrochlorobenzéne p-nitrochlorobenzène
Le Tableau suivant donne des exemples d'autres additifs utilisés conformément à cette invention, comme stabilisants.
Dans chaque exemple, l'additif est mélangé avec un polyéthylène, dont la densité e,st de 0,92 et l'indice de fluidité de 0,3, qui contient une trace d'antioxydant du commerce. Le mélange, comme indiqué ci-dessus se fait dans un broyeur à chaud entre lb3 C et 204 C.
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<tb>
<tb>
Parties <SEP> en <SEP> poids
<tb> d'additif <SEP> pour <SEP> 100
<tb> parties <SEP> de
<tb> Exemple <SEP> n <SEP> Additif <SEP> polyéthylène
<tb>
EMI22.4
7 phe:nyl-alpha-naphtylami,rie 2 8 diphpnyla'nine 61 9 phc:nyl-bdta-naphtylarn.ne 5 10 Ne N 3 -diphényl-parapli,--nylène diamine 5 11 d1paraméthoxy-diph(nylamine 2
On sait déjà aussi qu'un certain nombre de paraffines et hydrocarbures chlorés ont de l'effet comme additifs stabilisateurs de voltage avec les polyoléfines et surtout le polyéthylène.
Les stabilisants suivant l'invention comprennent certains composés aromatiques halogènes dont cette propriété notait pas encore
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connue. Coninie indiqua ci-aassus les polyphnylp.s polyhalozn6s ont
<Desc/Clms Page number 23>
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cet effet. 1,n l)t:h\/1n\eresse a docouvert >?ertl,:)'1cnt que le 2.-bro;,.onGy,tala:nc t't le l-iodobiphr1yle conviennent à cette fin.
Un trouvera ciaaprs des exe::,5lcs de compositions dielec- triques solides ruivant l'invention auxquelles une hauts stabilité ; au voltage est conférée par ces deux derniers stabilisants.
EXEMPLE 12. -
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t;c:>c: polyéthyléne haute densité PF llb - 127 C, poids sp';cif1!ue 0,94 obtenu par polymérisation d'éthyléne en pré- sence d'un catalyseur oxyde de chrome-oxyde de silicium-oxyde d'alum3.n.ur à 66-232 C sous 0 à 49,2 kg/cm2 au manoMètre. gXF additif: 2-bromonaphtalène, 1% du poids du polymère.
EXE'-'PLE 1.3.- Frr:4e¯: po1ypropylène isotacti'luc P.1. l54 C, obtenu "ai, polymlrisation de propylène en présence do tétrachlorure de 1-itane et de trit:thylalufI1in1uJn à 60 << sous 21 à 10,5 kg/cm au manomètre.
M:.li:U..±: 1-ioàonaphtaiéne, 0,5)b du poids du polymère.
EMI23.3
FY:,1PI;8 1A. -
EMI23.4
'1: polythylne basse denFit4 poids spécifique 0,92, indice de fluidité 1,5, obtenu par le procède "haute pression" et
EMI23.5
semblable en tous points au po.r>¯thyl.Gn: A.
,t, t' 2-oror:1onapht<l1ne, ±!:1 ;.;; du poids du io.pn2 re Lo tableau suivant donne un certain nombre d'exemples
EMI23.6
de conposition de polyolcfines suivant l'invention qui contiennent ! des m4lFnas additifs stabilisateurs de voltage et qui ont des propri(.t2 ai.;cct:ri'iUH5 supérieures. En ;..:ne!'nl, on proparc les cO!.1po..itions en ncl7rx;cunt un adaitii' huileux et un additif solide dans les proportions prescrites.
On introduit alors le mélange
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liquide un >1nrnt1 tl. prescrite danx une euvo d fl1 taUon dans lapuclle lh polyolél'inv a etù introduite nu préalable, La polyoléi,1- ' r ne est crnnlll'11'1!1 et aosorba le mt:na par aùitàtion, Ensuite la composition obtenue est moulée par extrusion pour former l'isolant
<Desc/Clms Page number 24>
des fils. Les compositions barattées peuvent être moulées écale- ment par injection ou façonnées autrement à chaud et sous pression.
Dans chaque exemple, on utilise 100 parties en poids de la polyo- 12 fine qui est un polyéthylène de basse densité (0,92) ayant un indice do fluidité de 0,2 et comprenant environ 0,1% en poids de p-phénylène diamine comme antioxydant. Il s'est revoie avantageux de chauffer les mélanges pour les préparer. Une température de 70 à 80 C est suffisante pour augmenter la vitesse et la facilité de mélange.
<Desc/Clms Page number 25>
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Additif stabilisateur Exemple n Polyoléfine Quantité de huile Solide Repport pondéral
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<tb> mélange <SEP> solice-huile
<tb> (parties <SEP> en
<tb> poids)
<tb> 15 <SEP> Polyéthylène <SEP> A <SEP> 2 <SEP> CD <SEP> 101 <SEP> 4,4'-dibremobiphényle <SEP> 10 <SEP> : <SEP> 100
<tb>
EMI25.3
. l Polyéthylène A 2 0-terphé- 9,10'-dibro.io- 5 : 100
EMI25.4
<tb> nyle <SEP> anthracène
<tb>
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17 Polyéthylène A 1 mélange de 4-broobiph(nyle
EMI25.6
<tb> terphényles <SEP> 5 <SEP> : <SEP> 100
<tb> 18 <SEP> Polyéthylène <SEP> A <SEP> 1 <SEP> Sundex <SEP> 85 <SEP> 4-iodobiphcnyle <SEP> 20 <SEP> : <SEP> 100
<tb> 19 <SEP> Polyéthylène <SEP> A <SEP> 4 <SEP> huile <SEP> légère <SEP> diphénylamine
<tb> circo <SEP> 40 <SEP> : <SEP> 100
<tb> 20 <SEP> Polyéthylène <SEP> A <SEP> 10 <SEP> CD <SEP> 101 <SEP> 2,4,6-trinitrotoluène <SEP> 5 <SEP> :
<SEP> 100
<tb> 21 <SEP> Polyéthylène <SEP> A <SEP> 10 <SEP> CD <SEP> 101 <SEP> 2-nitro <SEP> diphénylamine <SEP> 50 <SEP> : <SEP> 100
<tb>
EMI25.7
22 Polyéthylène A 6 Kensol PL 1 o-nitroiscle 20 : 100 23 Polyétbylène 1:.. 8 o-ter- 2,-dir¯i vro-
EMI25.8
<tb> phényle <SEP> toluène <SEP> 10 <SEP> : <SEP> 100
<tb>
<Desc/Clms Page number 26>
Additif stabilisateur
EMI26.1
<tb> Exemple <SEP> n <SEP> Polyoléfine <SEP> Quantité <SEP> de <SEP> huile <SEP> solide <SEP> Rapport <SEP> pondéral
<tb> mélange <SEP> solide.huile
<tb> partiesen
<tb> poids
<tb> 24 <SEP> Polyéthylène <SEP> A <SEP> 2-1/2 <SEP> huile <SEP> légère <SEP> circo <SEP> 2,4-dinitro-
<tb> + <SEP> 10% <SEP> en <SEP> poids <SEP> de <SEP> toluène <SEP> 25 <SEP> :
<SEP> 100
<tb> biphényle
<tb> 25 <SEP> Polyéthylène <SEP> A <SEP> 5 <SEP> CD <SEP> 101
<tb> + <SEP> 20% <SEP> en <SEP> poids <SEP> nitrodiphényld'anthracène. <SEP> amine <SEP> 40 <SEP> : <SEP> 100
<tb> 26 <SEP> Polyéthylène <SEP> A <SEP> 8 <SEP> Kensol <SEP> PIl <SEP> 2-nitroaniline
<tb> + <SEP> 5% <SEP> en <SEP> poids <SEP> de <SEP> 10 <SEP> : <SEP> 100
<tb> phénanthracène
<tb> 27 <SEP> Polyéthylène <SEP> A <SEP> 2-1/2 <SEP> CD <SEP> 101 <SEP> anthranilonitrile <SEP> 25 <SEP> : <SEP> 100
<tb> 28 <SEP> Polyéthylène <SEP> A <SEP> 5 <SEP> Cu <SEP> 101 <SEP> 2,6-dinitroaniline <SEP> 25 <SEP> : <SEP> 100
<tb> 29 <SEP> Polyéthylène <SEP> A <SEP> 2-1/2 <SEP> CD <SEP> 101 <SEP> 1-fluoro, <SEP> 2nitrobenzène <SEP> 25 <SEP> :
<SEP> 100
<tb> 30 <SEP> Polyéthylène <SEP> A <SEP> 1 <SEP> CD <SEP> 101 <SEP> mélange <SEP> équimolaire
<tb> ce <SEP> diphénylamine
<tb> et <SEP> m-dinitrobenzène <SEP> 25 <SEP> : <SEP> 100
<tb>
<Desc/Clms Page number 27>
Additif stabilisateur
EMI27.1
Exemple n Polyol#'fine Quantité de huile solide R1?ppot pond/r-1
EMI27.2
<tb> mélange <SEP> solide-huile
<tb> parties <SEP> en
<tb> poids
<tb>
EMI27.3
31 '01.;>:":.;;i>..- ôe 10 Kensol PL 1 mélange équimolaire de àiphénylanine et n-nitrotoluèile 5 x: 1C3 32 Pcli<-étl:ylé.>* .1 5 huile légère ::ltla:1è lquLl01aire cireo z- 5,o en de d4-mhCnyl&.-,iine et
EMI27.4
<tb> poids <SEP> de <SEP> p-nitrotoluène <SEP> 40 <SEP> :
<SEP> 100
<tb> naphtalène
<tb>
EMI27.5
33 Pol;:;th.J'lÎ;;l' j CD 101 mélange equirnolpire
EMI27.6
<tb> de <SEP> diphénylamine <SEP> et
<tb> o-nitrochlorobenzène <SEP> 10 <SEP> : <SEP> 100
<tb>
EMI27.7
34 .o.:i' r=-.::t. A 10 c-ter-,jh nyle mélange équinoleir de diph(.:nyl?¯1i.ine et p-:a-i trochlorobenzène 20 : 100 35 Polyéthyléne A 2-1/2 CD os phenyï alpha
EMI27.8
<tb> naphtylamine <SEP> 25 <SEP> : <SEP> 100
<tb>
<Desc/Clms Page number 28>
Additif stabilisateur
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Exenole no Pcly ci:fi::e Quantité de huile solide Rppport pondéral
EMI28.2
<tb> mélagne <SEP> solide:huile
<tb> parties <SEP> en
<tb> ¯ <SEP> ¯ <SEP> poids
<tb>
EMI28.3
36 Poly':t.."1'lB:'le A 2-1/2 CD 101 phhényl bêta nphtyline 25 : 100 37 Polyt:l:1t;'}f:
A 2-1/2 CD 101 N -.lie cïiphny3
EMI28.4
<tb> paraphénylène
<tb> diamine <SEP> 25 <SEP> : <SEP> 100
<tb>
EMI28.5
38 Pol;éti>;.15.i= 1 2-1/2 CD ICI dip3.ra..'1léthxy diphényl,::line 25 : 100 39 Pol)'': t:l'l:e A 2-1/2 CD 101 diph{,nyla.11Ïne 25 : 100 0 Poly0t3à.léae À 2-1/2 CD 101 2,±-dinîtrotoluéne 25 : 100 41 Pa.;: :lén:: 2-1/2 CD lJ1 mé1ênge équif.101éculaire o-nitrobiphëayle et diphénylène àiainine 25 : 100
<Desc/Clms Page number 29>
EMI29.1
1!#.:1eJt,; 4.-: Uhc due pOlycithyltno (densité 0,9é, indice de fluidité 0.3) contenant Z.5,'J en poids de noir de carbone et 2,5 en poidr d'un !':1.ann:,:e contenant 1UO partios eri poids de Konsol PL 1 et 25 parties en poids J'Arochlor 1260 accuse une grande stfh:!.l1 t!: au vol tue!:'.
L'éssai de rupture par intervalles de 15 minutes, commençant à 30 1,'.V et s'élevf1nt par 10 XVe le voltage étunt mainte- nu constant pendant 15 minutes chaque stade, donne les résultats suivants:
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avec mlan;c . sans tn2'lange dend(i1tîre c3aW iitif;
EMI29.3
<tb>
<tb> Voltage <SEP> max <SEP> 80 <SEP> KV <SEP> 50 <SEP> KV
<tb> min <SEP> 60 <SEP> 40
<tb> moyen <SEP> 68 <SEP> 48
<tb> Volts/0,025 <SEP> mm/h <SEP> 483 <SEP> 342
<tb>
EXEMPLE 43.-
Lorsque la composition de polyéthylbne est réticulée par un catalyseur peroxydique les résultats après mélange comme dans l'exemple 42 sont les suivants :
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<tb>
<tb> avec <SEP> mélange <SEP> sans <SEP> mélange
<tb> d'additifs <SEP> d'additifs
<tb> Voltage <SEP> max <SEP> 70 <SEP> KV <SEP> 60 <SEP> KV
<tb> min <SEP> 40 <SEP> 40 <SEP> . <SEP>
<tb> moyen <SEP> 62 <SEP> 50
<tb> Volts/0,025 <SEP> mm/h <SEP> 433 <SEP> 348
<tb>
EXEMPLE 44. -
Les mélanges de 1 exemple 42 accusent une excellente sta-
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bilité au voitàjçe avec un blinùaee ayant une :réshti vi tl; d'environ 100 ohm/cm. comprenant un copolymôre poly<4thyléne-pùlyacrylate qui cnné-,nt 30 a bzz parties en poid de noir de carbone nemiconJucteur pour 100 rrt1efi en poids <te copolymro.. lorsqu'on utilise .environ l prrt1es en poids du mMiane d'nd1t1rD pour 130 C0.i.lWC" en )'If).td 'ie '.'.i.,Vi:ee.:b
<Desc / Clms Page number 1>
Proceeds to make polyolefins used as dielectrics stable to voltage effects.
The invention relates to an electrically insulating material of high dielectric strength for use at high voltages of the order of kilovolts and more particularly to a solid polyclefin, for example polyethylene, which has been found to be a dielectric of better quality. stability to voltage effects in power transmission cables.
In the recent past, synthetic high polymers have found increasing application as insulating materials in various fields of electricity. In particular, solid polymers of olefins, especially polyethylenes and polypropylene, for example, are generally suitable as electrical insulators for cables and electrical wires due to their good mechanical properties and ease.
<Desc / Clms Page number 2>
of implementation combining with excellent electrical properties. However, for high voltages, the use of these substances has only been possible within narrow limits because their breakdown voltage has not even been approached in practice.
Thus, the solid polyolefins used in dielectric retorts for the insulation of cables or similar products and which do not contain one or the other additive having the property of making it stable to the effects of voltage, hereinafter called "gas stabilizer additive. voltage "offer the annoying property, when an alternating potential is applied, that when the applied voltage increases rapidly to the breakdown voltage; this is appreciably higher than when the applied voltage is raised slowly and maintained for a certain time at. this value.
For example, a slow rise in potential for polyethylene as an insulator is 65-85% of the breakdown voltage valid for a rapid rise. In theory, the relative weakness of industrially produced polyolefin insulators arises from defects and small dimension Iras air bubbles which form during manufacture and which are impossible to avoid in industrial manufacture on, For example,
small particles of foreign matter are always present in the hydrocarbon matrix * Careful examination of the numerous defects on samples has now shown that these small defects often initiate in the insulation the birth of a defect, the growth of which produces a rupture due to to avalanches of electrons coming from the current flowing in the cable, which produces ionization, then a rupture at the location of the fault.
A method of reducing this tendency of foreign matter to initiate faults which would consist of delaying or preventing this avalanche of electrons would obviously have the following effects.
<Desc / Clms Page number 3>
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result one at the #:> Ér t, ¯t.on of the dielectric strength * We discovered conceal a Cl'and number (.1 'add1 t: U's which also ncttcmnt the resistance of fwa'67wCL'f T7C, n6y' 1ilS,: <n 'i .. du po2yt:;.: Ne, low density at disruptive breakthrough Such products include polycyclic arolium compounds halo5 and -iér aronatic hydrocarbons subst1tU0S, distinguished by the fact that they carry an electron acceptor group;
and an electron donor group capable of binding together by a reversibly transferable proton. However, such additives, particularly those which are not pure hydrocarbons, when added in large quantities to the mixture.
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polyolefin, may code the dielectric constant and the power factor in an undesirable manner. This is particularly true when the improvement in voltage stability of the circuit requires additives in excess of their solubility.
Addition in excess on solubility causes crystallation of
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the additive in the polyolfine, which creates physical discontinuities and thus the deterioration of the electrical properties of.
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1set.
The Applicant has in fact found that by using the voltage stabilizing additives mentioned above with a 0 ':) :: 1posed trl, aro: âa: .c, ue which can be r <41; ing6 with the polyol {.! 'ine ..
Co ::. R :: e a: .1 -le l1 '\ ::, ¯'o \ H1.rbonéo nonvolatile, C, a hydrocarbon trus aroz: aiq: eh 1> <, x melting point such that l'orthoterphénjolo ot 'CH} tcr> 1; ÙnyloùJ 1 <élar + c ± s, it is possible cPClbton1r a ntab1-! lisation au volt ::.: t 'e: sccllc: te, for a \.! hus;. '. minimum entation of) the constant d1C'. (: 01.1 '': '(1'10 or the power factor of the camponi ..; tlons of T: O.;,' 4.sf: ïi. ", by G:; Cs: t1). de;, oly6tliylne, resulting 'It {is; fo: s, bw.c, ar eYe: rlo, to obtain results equivalent to! those given by much larger quantities rrz> de: habituudo 1 at least double) of voltage stabilizing additives without pro-.
<Desc / Clms Page number 4>
However, there is no change in the dielectric constant or in the power factor.
In addition, in the event that the additive
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is of limited solubility in the matrix of p, ::; rr and, consequently, cannot be alone, it can be dissolved in the aromatic compound with a view to its use.
We have further discovered that these non-volatile, highly aromatic oils can also increase the voltage stability of the polyolefin, but not always so effectively.
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in the proportions 11: 1ite required to prevent deterioration of the other mechanical and electrical properties of the polyolefin.
Highly aromatic non-volatile oils suitable for
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The purposes of the present invention include petroleum aromatic oils having a total content of aromatics and naphthnics of at least about 50% and preferably gas. Suitable oils are Kensol PL-1 (Kendall Oil and Refining) having a specific gravity of 1.038, an aromatics content of more than 65% and a viscosity of 2.72 centipoise at 100 C, and a similar oil viz. CD 101 (Standard Oil of Ohio) which has a density of 1.035, a pour point of -6.7 C, a viscosity of 100 SSU at 38 C and 36 SSU at 99 C, a refractive index from 1,
601 and an aniline point less than 16 C. The
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aroi ,, i.tîques content of the latter oil is greater than 65%. Other oils have :; xo; a3 ,, ys: are Sundex S5 (Sun Oil Ce) which has a viscosity of 14.1 ;. centictokes u. r3 C and a density of l $ 017 and which contains about 48 ;; d-'arosatique 15 ;; of napthténiquos and 37r ;; of paraffins and 'Circo Light 011 (Sun 0.1, Co) which has a viscosity of 4, cont15tokes at 99 C and contains 20% of QrODt1ques, 40% of naphthenic and * 40% of para ±. fine.
Highly aromatic hydrocarbons with a low melting point
<Desc / Clms Page number 5>
which can be used for the present invention in lieu of or in combination with aromatic oils include
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for example lIo-te: t'phûny1c "which has a viscosity of 40.6 SSU at 99 C,. distils in the range of 333 350 C, and has a melting point
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of 6.3 C.
The other isomers of tcr1nylo, .lo m-tcrphenylo and p-tcrphunylc, di stü.cx., c: weat.aant, in domain; from 368 to 378 C and 381 C n, 8SoC, but, the high melting points of these co: r.poscs in particular of p-torlih6nylo which is 212 C, make these compounds unsuitable for the purposes of the invention because '' they would separate by crystallization of the polyethylene and adversely affect the electrical properties of the products creating
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physical discontinuities in polyethylene. However, mixed terphenyls are suitable. In the latter case, the terphenyls in mixture can be mixed with an aromatic oil to lower the melting point, preferably below.
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of 10 C to facilitate handling.
In addition, biphenyl, anthracene and phenanthrene can be mixed with.
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aromatic oil or terphenylc to increase the aromatic content and lower the melting point.
Active voltage stabilizing additives which can be used alone or incorporated into highly flavored oils.
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These include pol.i, hal, ogenated polyphyls and other substituted aromatic hydrocarbons. Examples of suitable polyphenyls polyphenyls include chlorinated biphenyls, chlorinated triphenyls and mixtures of compounds of these two.
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classes, as well as brominated polyphenyls, for example 4, 1. "- dibromobiphenyl.
A variety of polycyclor polyphenyls is for example commercially available in the form of mixtures called
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Aroch1or 126i and 1262 (? .Tons <u1to CheIica1 Co) which respectively have specific gravities of 1.538 and 16.6, refraction indices of li630 and 1.651 and viscosities of 44 and 103 (v5) at
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99 C. Other cor ::; os6s = -, o ;; '' hn.1.océn (s COL1p: rerm: 'r:' \ 1:}> 3.i!} L '!'. Fû .:; '(ét antliricénes po ::'; "':::' Ol'J3 i. 1 :. polybror.t ': s and i: a: ve: a.ie23ß :.
Additives .n1 wt. (W.:r'L:i iA i1 ià.L .3n i aV é ai uf, r ,; lez lîyc1rocarbide., '! Aronatiqucs substitas' 4r.rnlr> iâiud plus lmut, such as 2,4,6-t'tnit-otoluône, 2-n.ltr ..> dLà> hônylaiiine, la, 4 ... dinJ. trodi .... fold lbâI1., ': o: y, " .31 ss.'ëy the,.,;,? 11 '> r9:.:,' <'Sw the 2-' dwnitwato3.uè: e, ::. '"... ni; -1'0 biZ1huy1 .e la b.1.ph '; Í1Y': 1.: ":. ':) 1 2-ni' J:.: ';;) U aaiil1le, a.'1thr = .nilon: tl' llc, the l-: tlUol'o-Z ... ni:!:; roh \ 7: t'l..i: mc "their r.é.i1.'1CcS Oo'1trú them and Ityurs: .l (.l; 1Y <:; e: with the <iipliénylatainù '3t dei; l.'; 'F'. "... ''. vG ': â, for example from dip: .6ny'.a .. llnü with the care of a daring coaj chosen among the! -d.l1trobeLu: tne, the t: l-nit :: Q <nJ.l1ne, the 1 "2ï.trO: .Ti ... ':: lE :, i.; - nit-otoluone, 1e j: -n.trtt3 .: u - :. t ', 1 o-ni trochlxrobenzone, and p-nitrochlorobensene.
These additives have the following characteristics in common:
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1 - an electron acceptor group, specially a strongly unsaturated group, for example containing a common bond - 1102e C0, - CII, phenyl and aromatic polycyclic 2 - an electron donor group, especially a group containing a transf proton (rable, conIT.1e of wnino and lower allryl groups, for example lI.ff2 and -CT;
3 - possible hydrogen bonding between the acceptor and donor groups by a transferable proton, such as when the acceptor and donor groups are ortho to each other, for example on a benzene ring;
4 - the reversibility of the transfer of the proton between the acceptor and donor groups, retorted in ketoenolic isomerization;
5 - a structure and bonds between the acceptor and donor groups which promote the transfer of charge and energy
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comrie a plane or almost plane structure of a conjugated system of single, .- and double bonds (\ .tol'n6cs, coron; <has an arosatic nucleus;
à - one dimension and one âY: .e.l. 4 system adequate
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conjugated hair ensure a decctronsct capture a subsequent dissipation of lnoi.gie without irreversible bond breakage 7 - adequate solubility # the additive in the insulating material C'Ld.g 9t "'w' 'a sufficient nonbrc do centras for capture of unwanted con, ar, nant products such as lo3: y- Ecne -q4 1 <;, 5 ± liétr> n5 which move in 1 G:,:, 1 6iéétrLqie> Do taqon 3s. ae? the affinities electronic rewativc; v atomic residues are in the order Cl> 0 <And then we have 0> 11.> 0. The acceptor groups have dicstronic affinities in lrzvre. * N0p> - CU 0 = 0>, plz4uye. The relative abilities of the donor of P61cetrans are -il (Cll,) 2 z - xt3 .. cil phenyl.
Hairett's sigma and sigitia plus coefficients are an approximate measure of the co; al:; w aeceptors and donors ds3cctro: s skills for atoms and groups. These sisaa coefficients have been destroyed pi. ' many rauteuz's, and special- ient P.R. Wells, Chéi <4cal Reviews p. 171-219 April 1963.,
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see tables pages 181 and 189 of this article.
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The additives according to the invention are particularly effective with polyolefins in the form of palyeth ;, 3.ane, baswe dcnsite which generally have a specific weight of I.eo, 4, dre de Oe 9 aa, 9 and a melt index of 0.2 to 2) 0. The rz4c..4.fs; high density polyethylcnes ("low pressure"), and 1-c-- are also effective in obtaining the rechc effect :: -, ... 'JtR. other N pol; a! '. ne:, by in the io.3. ; propylene. The compositions of polyolcfincs sbilises according to 2.J,., 4nvc, .Itloll can nattrrt-, 7.e: ent corf; eliz of small proportions of the adjuvants and eliarees additives used nori.iale, .- ictit in the compositions of iJolyolCr1noi- , con., o carbon black, pigments, mWi.o: .idants, heat stabilizers, and 10ozono stabilizers.
The additives are used in addition to the voltase stability of solid polyole-fine compositions which contain low proportions of polynuros and rubbery ol ± fino3, ca:; ;;.: c .isotul; y.: ne ot
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the iso9rsne. In addition, the additives are used with obar poa sitions of pa: .yo; 3, nes which have undergone a cross-linking by excapio using a peroxidic catalyst co .., 2.e the perodade of dcumy3e, 0 le 2, .- bis (tba; .pQroxy.j2, dßmte; llesey .o, , 3 etc ... or by irâadl, 'ova do of the order of 10 to 15 m6Cllrad, for example by means of coba.lt-60 (radiation ar:;. A or tl'u.'1 accelerator 1-Inéaire (radiation buta).
As the proportion of voltage stabilizing additives necessary for a significant improvement in stability at
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The voltage of a polyolufino is generally about 0.1 to 10%, and preferably about 0.2 to. 5.0% of the weight of the polyolefin, an important criterion which limits the possibility of using a.
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particular additive is its solubility in the po.yolef.ne, q, u. should be 01% and preferably 02% by weight or more.
The incorporation of such additives in a proportion exceeding the limit of solubility results in a general deterioration of the electrical properties by creation of physical discontinuities and must therefore
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The addition to a polyolefin of 0.1% by weight of solid additive and of 2.0% by weight of a non-volatile aromatic oil, based on the polymer, gives an insulating composition particularly effective for: high tension power cables.
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The additives are chosen from, xfrenee so that they can be incorporated into the JSI.l. "0.'LIl'C. ' ût: .. deconposition of the pOl: r ::: ùro "ni vol: lt.tlisatton of iad'd3.t3. TOC; J1; \ C temperatures of 1.9 G 20lY C are used to satisfactorily roll out polyol-finos with 4-dose additives which are solid at room temperature preferably have the property of be liquid and have a low vapor pressure in this
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temperature range.
In con> 6qaenco, the stabilizers preferably have a melting point less than .S, 7ijaV / and a boiling point greater than about 149 C. t Additives stabilizers
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which are liquid at the temperature abinntecon.M! the aron.tiquos wings can be incorporated into the pulverulent or sranular polyolcfino by churning or by other techniques which do not require high temperatures.
The no.-slow additives which are solid at normal temperature must not be -; ± lw: jls hot with the polyolfin when present or with aromatic oils
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because these dissolve the solid additives to give
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z7 <ln; n; es l.azz.de: easy ri to incorporate in the pulverulent polyolefino by churning or otherent.
A wide variety of proportions can be used to polish the preparation of neians from non-volatile aromatic oil or other aromatic hydrocarbons with stabilizing additives.
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voltage sators. The proportions chosen are those which
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are the most economical although other variations of efficiency may influence the choice of proportions. From just 5 parts by weight up to 40 to 50 parts by weight of a solldet Io 2,4-dinitro-) toluone additive or polychloropropylphenylo can be used in 100 parts by weight.
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aromatic or orthoterphic oil.
A forward-looking and effective mixture comprises 25 parts of the additive per 100 parts of oil or aromatic hydrocarbon. In practice) it is advisable to apply a semi-conductor shielding to a stranded conductor; zfor example
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copper, to reduce the possibility of a discharge
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electrical in the cavities between the conductor and the inside face of the insulator which causes a deterioration of the didiecetric.
The twist armor appold blindase, is typically an extruded coating of a sea-conductive polyolfin, for example poljr6tl "I'll; nc containing low amounts of a cc ': ^ C material. , 'Ll.C'f: riC, al ::: C. Curry black> ot> JmD <: 5 pol.:/o1ôiLne5 solids are ;; c, e: ..: at ut.? 3 .:: s conje gain oo due cubiez to which
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water) they are 1 "rt: q, uc; mJ3t a:!: zc: es with black ne c é: oz ':, or other pigruntso According to the present invention, we can ar:; Gliorer co # sideably the breakdown voltage of the polyolefin insulation of a
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high voltage cable added a certain proportion of the
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r.6 mixtures of oils and additives described in plus 1;
ai ",>, - one-twist blindase a; ti, 6> layer, .Si.-çOnr., t2'i'â (ie èv, .. :: ¯. ', i' 2110" i's.hsV .tm that the cable sheath has if it is based on 5:; no pclyolcf prompting given, that these blindascs are in the zone of the greatest risk c;, rax., rfect.mz ::, the quantity of stabilizer is larger .. than in the insulation The Applicant has observed that 2 to 20% and in particular approximately 1% by weight of the mixture of oil and additives are suitable in the case of a composition for sentencing.
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driver.
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Such shielding can be improved from the polyolefin than that used for the insulation or of another type which can
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be extruded and containing for example carbon black which
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makes semiconductor A shielding composition may be formed from a copolymer of ethylene and an acrylate containing 30 to 10 parts of solid carbon black. -conductor per 100 parts by weight of copolymer, which gives a resistivity of about 100 ol1om. A weather-resistant jacket for a cable may be made of the polyolefin as that
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used for insulation or., if desired, any other material
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resistant to intenpuries and easily applied to the cable.
I, A weather-resistant black natiro comprises, for example, polyethylene, having for example a specific gravity of 0.92 and a melt index of 0.3 in which there are incorporated about 2.5 to 3 parts of finely divided and well-dispersed carbon. of an average eranulo = sort of about 10 to 20 microns, per 100 parts by weight of polyethylene.
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: ..j- :. ' ' at'. .
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To illustrate the ineffectiveness of stabilizers !; following
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the invention is 1'01 ': 1.' :: a. 61 stranded bare copper cable (177 mm2) by wrapping it by extrusion of a shielding in inch. A 1: ci # tion is adjusted by extrusion on the armor and includes 1 = n-16 min polyethylene wall (density
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0.92 melt index 0.3) containing a trace of an antioxidant
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and 2, bµ1, the weight of pozytti) ylene, with r :) 1¯no of 25 parts
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by weight of Aroclor 1260 of 100 parts of Kensol PL 1 oil.
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A semi-conductive nylon rutrn and a copper tape of a
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0.102mm slider are coiled and helical on the insulation. A protective lead coating on a 0.25 / mm penisHeur
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and a non-weatherproof polyethylenc <? high molculf'.1.re, thickness u,: 'l mm, are extruded on the insulation shield. The resulting IC ') which has an outer diameter of 6, j5 en and weighs 9, a kC per meter is suitable for a rûse3u at 69 KV with neutral to earth (40 KV to earth) with a power of 45,000 KVA (100, é).
Lr,:) Ltj) tr, c7l'.tt de la r ± :, Stfa314r> ti113C vol illC (lL '! Fitcynn'- tflfli of polyJthylLnc EVCC additives on that of the same polyth: lù1 \ f without additives spring by comparn1on. 1..cr1) â ce c; i;:, on Gt7I'al. pi;, ci <uri tGlrâ t ... t?! 1 .. copper wire M;: 1j 'tic! 2JO 'mu wearing a-' '' ..-: '. I! : Ct..llt., Ùn, iâ. ;; c 4 il bli! 1er; denn1tû f.1 ') lrï' ± ts, ti: 1 "= u: (h! ;; ', 0 3;': : l '^. s Dl:! i;.; a w'F; Wiy 1 <: ply'thylenc contains i,>, µ C1f' not poiup du ;;, 11;: nje of 2: '3atT'. .t:; by weight <1 ';; 1'00107 "1;' Ó0: t <. + to 1" JJ; 4.rti,.; e on po1u: J; le ± \ (: 11 :: 01 PL 1 while which; 4, is 1 ';: uti c; the additive was omitted.
Sour 1 <1:> '' cunntillons jont s: rtJ. =: ;;;, ni ttt :: 1: conni ti /) JW 1ncnt1 (: UHf,;, clfcaac3'c at 50 KV (60 cycles) ot pn .'tito all lis <:: 1n., minutes, 10 vo1tnlù c; t au,;. n <3nt, 'du;', 3 iliiv If '! i'F, .. theyll 1 gives the results of a test out of two, in pcu: c ± Âatrt d lc rf: 3tillanâ not having rD1ct at essni.
<Desc / Clms Page number 12>
BOARD
EMI12.1
<tb>
<tb> Test voltage <SEP> <SEP> KV <SEP> 50 <SEP> 60 <SEP> 70 <SEP> 80 <SEP> 90 <SEP> 100 <SEP> 110
<tb>
EMI12.2
Polyethylene + additive 0% Oft 0% 10% 20% 50% 90% Polyethylene without additive 20% 50% 55% 65 1005 100% 100%
The improvement in dielectric strength in alternating current attributable to stabilizers is also shown by tests the results of which are given in Table 11,
EMI12.3
for cables insulated by 5.03 mm of polyethylene (density 0.9 melt index 0.3) containing in one case 2.5 # of its weight of the mixture above dyitroclor 1260 and Kenzol PL 1 and free from this additive in the other case. The cables are dried at room temperature and the voltage at 60 periods is raised by 10 KV every 15 minutes.
TABLE 11 ----------
EMI12.4
<tb>
<tb> Without <SEP> additive <SEP> With <SEP> additive
<tb>
<tb> Time <SEP> for <SEP> the <SEP> breakdown <SEP> Time <SEP> for <SEP> the <SEP> breakdown <SEP> in
<tb> in <SEP> minutes <SEP> at <SEP> voltage <SEP> indicates <SEP> minutes <SEP> at <SEP> voltage <SEP> indicates
<tb> KV <SEP> min. <SEP> KV <SEP> min
<tb> 98 <SEP> 1 <SEP> 107 <SEP> 58 <SEP>
<tb> (1)
<tb> 63 <SEP> 1.5 <SEP> 106 <SEP> 14
<tb> +
<tb> 97 <SEP> 144
<tb>
EMI12.5
(1) The voltage must be d1m1nu;, it causes experimental difficulties.
Further tests have shown that the dielectric or current strength of these intillons in water, together with that of dry chlorination, is about 92% for the bVUC polyethylene bauitive.
The 'l'nDlt: l1u III shows .'rxpt, itua of polyethylene it withstands in a dry environment relatively high voltages in direct current for the duration which is increased by the use.
EMI12.6
tion of the additive. The cones are made of solid copper
<Desc / Clms Page number 13>
EMI13.1
2.906 m: n portlmt uno layer (the 2,? 4 mm of OOIY-tl'Ylèr-0 and are the number of dy pà1- test.
The stab111fHiut mixture is the same as in Tables and II and the concentrations are the same.
EMI13.2
AHLi.dIU lU -----------
EMI13.3
Hours ju:; nu'.u slammed at 700 volts! .. pt1r O "O ::: 5 /. Mm.
Type of insulation. (Ma yen; iù loenr1 thmi'1uo)
EMI13.4
<tb>
<tb> sample <SEP> sec <SEP> temperature
<tb> ambient
<tb>
EMI13.5
Poly4thyl: no
EMI13.6
<tb>
<tb> a) <SEP> with <SEP> addendum <SEP> 7.700
<tb> b) <SEP> saxxs <SEP> additive <SEP> 12.000 <SEP> #
<tb>
* three out of four samples are still in good condition at the end of the test.
The addition of the stabilizers of the invention does not appear
EMI13.7
not increase the dielectric strength of polyethylnp. impulses. However, this high rigidity is evidenced by the ability of the 69 KV polyethylene cable described above, with 16 mm insulation, to withstand a negative pulse voltage of 1,000 KV 1 - 1/2 X 40. The level Basic insulation of the 69 KV pulse cable is 350 KV.
In addition, the polyethylene insulated cable with or without additive is needle tested. (Transaction AIEE Paper n 62-54 "An Accelerated Screening Test for Polyethylene High-
EMI13.8
Voltage lnsultt3.ont, D.W. Kitchin and z, Pratt). In this test, the relative dielectric strength is determined by means of a nomnalis4 defect and the probable life under tension of the polyethylene is assessed by observing the formation of a dendrite, which is admitted to be the first stage of breakdown. electric. The failure
EMI13.9
normalisa "is a needle coated in a sample of polyethylene under defined conditions. The eswai consists in applying a tension between the needle and the tC1, ']' f.:.
We observe
<Desc / Clms Page number 14>
EMI14.1
dendrites under the microscope. The voltage for which ': 1.1tl'l' :; on eight of5 cha.nt111on. ::> taken in duplicate conceal rie tel1, ;; 'ÎB, tL'Î.:' '::; 1in 1% ne lieure is chosen com: M le J1v :):' t: 1C - ::: ar (. \ Ct0rtJt1 ... 1j. 'Ù. Sn> hour ", The results of this test agree with the durability tests of cables. It is thus for polyethylene with additive and for the pny.atiy.; nc n classic composition * The, err.i. li 4A "are given Zli, iaw? 1 Table IV.
N Lr ¯ ui,. s? iw3 the I: 1bi..t1.u lll, the polYIthïl, 1 ..; is low 4ùn: 1 ', tee ::; 4d; index of f ''. iit 0.3) and the t.f, L1t1.f which represents 2.5 # of the polytbylf.:n1 is a m6J. ±! 1!.: of 25 parts by weight of ''! '(Jclor 1260 and 100 parts in poios do: I \ (> n ::: o1 PL 1 ,, TABLE IV
EMI14.2
1 e 0 l t-, nt- DU1 "/. E de viEJ 01.tS ten:
d.on Test at laipu.lie
EMI14.3
<tb>
<tb> a) <SEP> wire <SEP> in <SEP> water <SEP> at <SEP> Voltage <SEP> character temperature <SEP> amhiante <SEP> ristic '<SEP> at <SEP> a
<tb> b) <SEP> 230 <SEP> Volts <SEP> per <SEP> 0.0254 <SEP> mm <SEP> hour
<tb> '<SEP> Time <SEP> of <SEP> breakdown <SEP> in
<tb> hours.
<tb>
EMI14.4
f2! l !!! l !! l
EMI14.5
<tb>
<tb> a) <SEP> without <SEP> additive <SEP> 930 <SEP> 23
<tb> b) <SEP> with <SEP> additive <SEP> 2.900 <SEP> 46
<tb>
EMI14.6
± XMPLE 2.-
Table V gives the results of the tests by the needle procedure for other polyethylene compositions according to the invention.
<Desc / Clms Page number 15>
EMI15.1
T.Li ,, U #
EMI15.2
---------
EMI15.3
Pclyithylène Additif $ Additif Voltigé cà ra c ter r ti zuc Jc cr <; 1 s se: a ;; f,:,: oj;.:> N of volt- pe p '!' L '..¯-3: 61% .t "4 le rupt.u: - # y 7 'i ::: t: V lu i. # S 1:;> 15 i -; - i -: - fjr l1r! +: ¯x .. Ìx = ce 0 '>', "- o .i 4." ë.2¯ ^ C ': ni,' ī'Fa n> <1 = ii'Index. ' s, à.1 "Z: .3, t., Vw K ±, xirc; 1 PL.-1 Po: c :. ' ::.:, i-x: ¯u. il, b> L f.rac l c 1. 12 Cl 1/2 46 Index ce flr; .r, i 0,. <: c-ct.
Weight i> ëcifl,: u <: O, 9 J.roclor 126J 1/2 40 Index ce fluidity 0.3 Kensol PL 1 2 Weight à-p / cifii; uo 0.9'- dipl.nylH1Ïne 1/2 60 8E> 4 t; .C.ot., 4 Inoice de ï.ïuiait 0.3 51 <.nsai PL 1 2 11, ....
Poià stoi, üe 092 4 .. "t 1. 1/2 60 '39 '"' "ea'c 5 ....
<Desc / Clms Page number 16>
As indicated above some additives are substituted aromatic hydrocarbons comprising a group
EMI16.1
electron acceptor and an electron donor group capable of binding reversibly by a transferable proton. The Applicant is led to believe that the mechanism by which these additives
EMI16.2
prevent electron avalanches in insulating polyo14fins is as follows in the case of o-nitrotoluene. In the case of leo-nitrotolubno, the acceptor group is the nitro group and the donor group is the methyl group.
The donor and acceptor are in such a position that they can form a hydrogen bond between the proton of hydrogen on the methyl group and the Ò-bonded oxygen atom of the nitro group of the atoms form a ring in the same plane as aromatic carbonyl. This proton is potentially transferable and the transfer is reversible. The length of the
EMI16.3
"Hydrogen bond" is approximately twice that of the sigma (o) bond between carbon and hydrogen atoms.
The structure between the acceptor and donor groups is roughly flat, and the atonies in the ring between the N atom of the acceptor group, and the potentially hydrogen bonded O atom of the group
EMI16.4
donor, including the intermediate C atoms are united by a system of alternately single and double bonds * This ring is further united to the benz ring, ni (, ue conjugated and is part of it, ensuring a dimension and complexity appropriate to the capture of an electron and the dissipation of energy without irreversible bond breaking.
An electron arriving at any weight from the
EMI16.5
structure is easily transferred by the system conjugated to the part of the inolL * Ctllcj which has the greatest aff1ni tf.1 for the electron, i.e. to the nitro group, in particular, to the atom of oxygen of the nitro group joined by hydrogen bonding to the methyl group.
After the electron has soured towards the atom with the
<Desc / Clms Page number 17>
EMI17.1
highest affinity for 1) lectrori ,, i.tii, therefore cFz3, is the rr-bonded ü'rxy4.ne atom in the group most attracting the hiectron, namely the rump -No2y the 41ecti <on capture causes the transfer of the proton from the hydrozene bond to the oxygen atom and the latter in turn redistributes electrons between the donor and acceptor groups through the int, -rm (- 'cilium of the benzene systene (read, after which the pair of electrons,) which maintained pri: aivuxent the proton on the methyl group., is dt ,, ich-le, to form an n bond, between the carbon atom
EMI17.2
of the methyl group and the carbon atom of the benzene ring
EMI17.3
annual this group, it - 'thyle is li.
The original distribution of 'electrons, in the nitro group and the benzene ring., Is thus replaced by bonds only if ,,,, ma, between the nitrogen and oxy atoms; ene of the nitro group, a pair of electrons without
EMI17.4
bond on the nitrogen atom, and a pair of electrons without
EMI17.5
bond on the carbon atom of the benzene ring connects to the nitrogen atom. It should be noted that the general rncrc occurs in a combination of molecules, where the receptor and donor groups are found on adjacent molecules but
EMI17.6
separate and possibly different.
Examples of possible combinations are:
EMI17.7
To be used alone or For Stro used only in combination, with by in combination with, for example, dil1h,! NylH11ine plot of <iiph <3nylamine a-ni troaniline nt-dinitrobenzene o-nitrotoluene m-nitroaniltne 2,4 -dinitroaniline p-nitroaniline m-nitrotoluèno
EMI17.8
<tb>
<tb> p-nitrotolùene
<tb>
<tb> o-nitrochlorobenzene
<tb>
EMI17.9
p-nitrochlorobenzene 1
EMI17.10
<tb>
<tb>
<tb>
<Desc / Clms Page number 18>
The compounds indicated to be used only in combination, do not meet the general conditions indicated above, which must be met by the additives, and are in themselves poor voltage stabilizing additives.
In combination, the acceptor and donor groups of adjacent molecules bind together and form effective stabilizers.
The proportion of additives used in combination is variable, but equimolecular proportions are preferred, in order to allow the acceptor and electron donor groups on the different additives to group together in pairs, so that the bond can occur between adjacent molecules but separated, particularly when the arrangement of the acceptor and donor groups on the individual molecules is not such as to allow hydrogen bonding.
Other materials within the scope of the invention accept an electron as does o-nitrotoluene. Considering 2,4-dinitrotoluene as an example, the nitro group in position 2 can capture an electron which moves in its vicinity under the influence of the electric field in the insulator undergoing dielectric stress. This situation would be stabilized by exchanging a proton from the adjacent methyl group of the toluene molecule. Then when the electron is released (at low energy) the proton reverts to the methyl group and the dinitrotoluene returns to its original state and can continue to act in the same way.
According to this hypothesis, 2,6-dinitrotoluene would be a better stabilizer than ^ 4,4-dinitrotoluene, :: since the first has two nitro groups adjacent to the methyl group, while the second has only one. alone in this position. The experimental results show that this is indeed the case. Likewise, anthranilonitrile is in accordance with the general description of the present invention, the cyano group acting as an electron acceptor, and the horned amino group a proton donor.
The general description of the
<Desc / Clms Page number 19>
The present invention is further supported by a comparison of the
EMI19.1
2,6-Oinitroaniline with. 3,5-ainitrJaniline and 2-nitro-atlilwna with 3-nltroaniline, where in both cases the a; nino group acts as a proton donor. Again, the stabilization max1mul'1 occurs when the nitro buttocks are adjacent to the proton donor on the ring structure.
According to the principles of the present invention, it is obvious
EMI19.2
that the substitution of a nitro group on d1phf: nylaminc, in position ortho to the amino group, makes it a particularly effective additive, and that the result is exactly as expected. Again, the overall reaction is
EMI19.3
reversible and after the absorption of a Gnerjetic electron, which helps to avoid the formation of an avalanche of electrons, the stabilization molecule releases the electron and recovers its sound. titude to capture electrons.
The examples below illustrate the increase in voltace stability that aromatic additives allow.
EMI19.4
su1ntitués chosen according to the invention. EXAMPLE 3 -
EMI19.5
A number of tests, rsun: s in Table VI confirm 1f1 st..bili t: at long voltage dU1'e, at different voltaces; 'qUM pï's'? ntent compositions di, luctr1 (IUêlJ containing iin poly \ th>, l "1' \ do bttue i3 6005 (denu1tr. Z, 92, melt index 0,: 3 and con1 ..: t1hnt a tract: 'of an antioxidant crmrcac.irz7 ..
A t.6rio of eight c: ':: H1, i is OX1CUt't:> for chll'1uQ composition.
The prem10rtJ: cizztnti "L3.orts are constituted by poly.; Tt1ylm DFD 6005 SMis c..icit.i 'stabilizer of your ... ta; t>. The other compositions (jxnt.1intG contain uu po'4.y , -thyIZ4ne and Oe5lr'el by weight of an additive ztE.bil1sht'JUl 'ae voltili, e (except.' exception indicated). All samples containing additives are prepared by mixing,, in a crr.ui grinder , at tem1Jratures S1tU0us between 1.G3 C and C'C and are idont1 ': ul3 $ in shape and size,
<Desc / Clms Page number 20>
EMI20.1
Each sample was subjected, at the ts: 5xature abianto, to a regular alternating voltage and the appearance of a high voltage rupture examined, by the needle test described above.
EMI20.2
<tb>
<tb>
Number <SEP> of <SEP> breaks <SEP> in <SEP> one <SEP> hour
<tb> on <SEP> eight <SEP> samples
<tb> test voltage <SEP> <SEP> - <SEP> KV
<tb>
EMI20.3
Additives 18? 0 23 20 i: .Q jQ 60
EMI20.4
<tb>
<tb> None <SEP> 4
<tb> 2% <SEP> 2,4,6-trinitrotoluene <SEP> 0 <SEP> 3 <SEP> 5
<tb>
EMI20.5
ortiiom, bthy1elnisole 5
EMI20.6
<tb>
<tb> 2-nitro <SEP> diphenylamine <SEP> 000
<tb>
EMI20.7
2.4-dînitroanisole 0 6 2-methoxy-4-nitroaniline 0 8 4-methoxy-2-nitto> miline 0 8 2,4-din1trod1phenylamine 0 0 '1
EMI20.8
<tb>
<tb> ortho <SEP> nitroanisole <SEP> 002
<tb> chloranil <SEP> 3
<tb>
EMI20.9
216-din1trotoluno 0003
EMI20.10
<tb>
<tb> 2.4, - dinitrotoluene <SEP> (techn.) <SEP> 0 <SEP> 0 <SEP> 5 <SEP> 8
<tb>
EMI20.11
2, / * - djnitrotoluene (techn.) (Rsnouvblé 037 orthonitï'ofUphunylû 003 2,
4-din1trochlorobenzna 4 7?
EMI20.12
<tb>
<tb> diphenylamino <SEP> 002
<tb> 2-nitrouniline <SEP> 0 <SEP> 5
<tb> 3-nitroaniline
<tb>
EMI20.13
nthrnilonitril0 0 1 1 3> 5-dinitto <, nilino 7 2,6-dillittOliililillS 1-tluoro-dinitrobezi ,, iene 0 0 We transpose the improvements in dielectric strength, obtained by the incorporation of small amounts of additives
<Desc / Clms Page number 21>
voltage stabilizers below, to samples manufactured on an industrial scale. A number of straight batches were made giving long lengths of 15 KV strength cable insulated with polyethylene containing additives of the type described.
The results obtained in tests carried out on samples from these production batches are considerably superior to the results obtained in similar tests carried out on cables insulated with normal polyethylene not containing voltage stabilizing additives.
These remarks apply particularly to live life tests and are striking in the case of really long life tests, such as the live life test, in which a sample cable is held at a voltage of 2.5 times the operating voltage until rupture occurs. As a result of this stress life test, polyethylene containing voltage stabilizing additives is 5 times more durable than unstabilized polyethylene or more.
EXAMPLE 4.-
The additives of Example 1 together with polypropylene and polyisobutylene give stability properties if they are mixed with the polyolefin used in an amount of 0.5 to 2% by weight of the polymer.
EXAMPLE 5. -
To illustrate the voltage stabilization effect of a combination of additives, a needle was tested on polyethylene, similar to that of Example 3, and containing 1/2% of a. mixture of equal parts of 2,4-dinitrotoluene and diphenylamine. There is no breakage at the voltages of c; proof of. 50 XV and 60 KV.
EXAMPLE 6. -
Other additives giving similar voltage stability in polyethylene when combined in proportions
<Desc / Clms Page number 22>
EMI22.1
JquimolJcul.:1ire with d1ph \; nylA.min to force a: r. = Lane which is incorporated into the polyethylene at a rate of 0.5% of the weight of this polymer are;
EMI22.2
o-nitroaniline n-dinitrobenxene o-nitrotoluene m-nitroanilne 2,4-dinitrotoluén; p-nitroaniline iin.-n.iti '= ci lâ: Iie p-nitrotoluEne o-nitrochlorobenzene p-nitrochlorobenzene
The following Table gives examples of other additives used in accordance with this invention as stabilizers.
In each example, the additive is mixed with a polyethylene, whose density e, st of 0.92 and the melt index of 0.3, which contains a trace of commercial antioxidant. The mixing as indicated above is done in a hot grinder between lb3 C and 204 C.
EMI22.3
<tb>
<tb>
Parts <SEP> in <SEP> weight
<tb> of additive <SEP> for <SEP> 100
<tb> parts <SEP> of
<tb> Example <SEP> n <SEP> Polyethylene <SEP> additive
<tb>
EMI22.4
7 phe: nyl-alpha-naphthylami, rie 2 8 diphpnyla'nine 61 9 phc: nyl-bdta-naphthylarn.ne 5 10 Ne N 3 -diphenyl-parapli, - nylene diamine 5 11 d1paramethoxy-diph (nylamine 2
It is already known that a certain number of paraffins and chlorinated hydrocarbons have an effect as voltage stabilizing additives with polyolefins and especially polyethylene.
The stabilizers according to the invention comprise certain halogenated aromatic compounds of which this property has not yet noted
EMI22.5
known. Coninie indicated above that the polyphnylp.s polyhalozn6s have
<Desc / Clms Page number 23>
EMI23.1
this effect. 1, n l) t: h \ / 1n \ eresse has opened>? Ertl, :) '1cnt that 2.-bro;,. OnGy, tala: nc t't l-iodobiphr1yle are suitable for this purpose.
One will find below examples of solid dielectric compositions affording the invention which have high stability; voltage is imparted by these latter two stabilizers.
EXAMPLE 12. -
EMI23.2
t; c:> c: high density polyethylene PF llb - 127 C, weight sp '; cif1! ue 0.94 obtained by polymerization of ethylene in the presence of a chromium oxide-silicon oxide-oxide catalyst alum3.n.ur at 66-232 C under 0 to 49.2 kg / cm2 on a manoMeter. additive gXF: 2-bromonaphthalene, 1% by weight of the polymer.
EXE '-' PLE 1.3.- Frr: 4ē: po1ypropylene isotacti'luc P.1. 154 C, obtained "ai, polymerization of propylene in the presence of 1-itane tetrachloride and trit: thylalufIlin1uJn at 60 ° under 21 to 10.5 kg / cm3 on a manometer.
M: .li: U .. ±: 1-ioaonaphthaine, 0.5) b of the weight of the polymer.
EMI23.3
FY :, 1PI; 8 1A. -
EMI23.4
'1: low polyethylene denFit4 specific weight 0.92, melt index 1.5, obtained by the "high pressure" process and
EMI23.5
similar in all respects to po.r> ¯thyl.Gn: A.
, t, t '2-oror: 1onaphth <l1ne, ±!: 1;. ;; weight of the io.pn2 re The following table gives a number of examples
EMI23.6
of conposition of polyolcfins according to the invention which contain! voltage stabilizing additives m4lFnas and which have superior properties (.t2 ai.; cct: ri'iUH5. In; ..: ne! 'nl, we proparc the cO! .1po..itions in ncl7rx; cunt un adaitii 'oily and a solid additive in the prescribed proportions.
The mixture is then introduced
EMI23.7
liquid a> 1nrnt1 tl. prescribed in a euvo d fl1 taUon in the cell, the polyol was introduced beforehand, the polyolei, 1- 'r is not crnnlll'11'1! 1 and aosorbed the mt: na by aùitàtion, Then the composition obtained is molded by extrusion to form the insulation
<Desc / Clms Page number 24>
sons. The churned compositions can be injection molded or otherwise hot pressurized.
In each example, 100 parts by weight of the polyethylene are used which is a low density polyethylene (0.92) having a melt index of 0.2 and comprising about 0.1% by weight of p-phenylene. diamine as an antioxidant. It has been found advantageous to heat the mixtures in order to prepare them. A temperature of 70 to 80 C is sufficient to increase the speed and ease of mixing.
<Desc / Clms Page number 25>
EMI25.1
Stabilizer additive Example n Polyolefin Quantity of oil Solid Weight ratio
EMI25.2
<tb> mixture <SEP> solice-oil
<tb> (<SEP> parts in
<tb> weight)
<tb> 15 <SEP> Polyethylene <SEP> A <SEP> 2 <SEP> CD <SEP> 101 <SEP> 4,4'-dibremobiphenyl <SEP> 10 <SEP>: <SEP> 100
<tb>
EMI25.3
. l Polyethylene A 2 0-terph- 9,10'-dibro.io- 5: 100
EMI25.4
<tb> nyle <SEP> anthracene
<tb>
EMI25.5
17 Polyethylene A 1 mixture of 4-broobiph (nyl
EMI25.6
<tb> terphenyls <SEP> 5 <SEP>: <SEP> 100
<tb> 18 <SEP> Polyethylene <SEP> A <SEP> 1 <SEP> Sundex <SEP> 85 <SEP> 4-iodobiphcnyle <SEP> 20 <SEP>: <SEP> 100
<tb> 19 <SEP> Polyethylene <SEP> A <SEP> 4 <SEP> oil <SEP> light <SEP> diphenylamine
<tb> circo <SEP> 40 <SEP>: <SEP> 100
<tb> 20 <SEP> Polyethylene <SEP> A <SEP> 10 <SEP> CD <SEP> 101 <SEP> 2,4,6-trinitrotoluene <SEP> 5 <SEP>:
<SEP> 100
<tb> 21 <SEP> Polyethylene <SEP> A <SEP> 10 <SEP> CD <SEP> 101 <SEP> 2-nitro <SEP> diphenylamine <SEP> 50 <SEP>: <SEP> 100
<tb>
EMI25.7
22 Polyethylene A 6 Kensol PL 1 o-nitroiscle 20: 100 23 Polyétbylene 1: .. 8 o-ter- 2, -dir¯i vro-
EMI25.8
<tb> phenyl <SEP> toluene <SEP> 10 <SEP>: <SEP> 100
<tb>
<Desc / Clms Page number 26>
Stabilizer additive
EMI26.1
<tb> Example <SEP> n <SEP> Polyolefin <SEP> Quantity <SEP> of <SEP> solid <SEP> oil <SEP> Weight <SEP> ratio
<tb> mixture <SEP> solid.oil
<tb> parties
<tb> weight
<tb> 24 <SEP> Polyethylene <SEP> A <SEP> 2-1 / 2 <SEP> oil <SEP> light <SEP> circo <SEP> 2,4-dinitro-
<tb> + <SEP> 10% <SEP> in <SEP> weight <SEP> of <SEP> toluene <SEP> 25 <SEP>:
<SEP> 100
<tb> biphenyl
<tb> 25 <SEP> Polyethylene <SEP> A <SEP> 5 <SEP> CD <SEP> 101
<tb> + <SEP> 20% <SEP> in <SEP> weight <SEP> nitrodiphenyl anthracene. <SEP> amine <SEP> 40 <SEP>: <SEP> 100
<tb> 26 <SEP> Polyethylene <SEP> A <SEP> 8 <SEP> Kensol <SEP> PIl <SEP> 2-nitroaniline
<tb> + <SEP> 5% <SEP> in <SEP> weight <SEP> of <SEP> 10 <SEP>: <SEP> 100
<tb> phenanthracene
<tb> 27 <SEP> Polyethylene <SEP> A <SEP> 2-1 / 2 <SEP> CD <SEP> 101 <SEP> anthranilonitrile <SEP> 25 <SEP>: <SEP> 100
<tb> 28 <SEP> Polyethylene <SEP> A <SEP> 5 <SEP> Cu <SEP> 101 <SEP> 2,6-dinitroaniline <SEP> 25 <SEP>: <SEP> 100
<tb> 29 <SEP> Polyethylene <SEP> A <SEP> 2-1 / 2 <SEP> CD <SEP> 101 <SEP> 1-fluoro, <SEP> 2nitrobenzene <SEP> 25 <SEP>:
<SEP> 100
<tb> 30 <SEP> Polyethylene <SEP> A <SEP> 1 <SEP> CD <SEP> 101 <SEP> mixture <SEP> equimolar
<tb> this <SEP> diphenylamine
<tb> and <SEP> m-dinitrobenzene <SEP> 25 <SEP>: <SEP> 100
<tb>
<Desc / Clms Page number 27>
Stabilizer additive
EMI27.1
Example n Polyol # 'fine Quantity of solid oil R1? Ppot pond / r-1
EMI27.2
<tb> solid-oil <SEP> mixture
<tb> parts <SEP> in
<tb> weight
<tb>
EMI27.3
31 '01.;>: ":. ;; i> ..- ôe 10 Kensol PL 1 equimolar mixture of aliphenylanine and n-nitrotoluèil 5 x: 1C3 32 Pcli <-etl: ylé.> * .1 5 light oil: : ltla: 1st lquLl01aire waxo z- 5, o en de d4-mhCnyl & .-, iine and
EMI27.4
<tb> <SEP> weight <SEP> p-nitrotoluene <SEP> 40 <SEP>:
<SEP> 100
<tb> naphthalene
<tb>
EMI27.5
33 Pol;:; th. I'lÎ ;; l 'j CD 101 equirnolpire mixture
EMI27.6
<tb> of <SEP> diphenylamine <SEP> and
<tb> o-nitrochlorobenzene <SEP> 10 <SEP>: <SEP> 100
<tb>
EMI27.7
34 .o.: I 'r = -. :: t. A 10 c-ter-, jh nyl equinoleir mixture of diph (.: Nyl? ¯1i.ine and p-: a-i trochlorobenzene 20: 100 35 Polyethylene A 2-1 / 2 CD os phenyï alpha
EMI27.8
<tb> Naphthylamine <SEP> 25 <SEP>: <SEP> 100
<tb>
<Desc / Clms Page number 28>
Stabilizer additive
EMI28.1
Exenole no Pcly ci: fi :: e Amount of solid oil Weight ratio
EMI28.2
<tb> melagne <SEP> solid: oil
<tb> parts <SEP> in
<tb> ¯ <SEP> ¯ <SEP> weight
<tb>
EMI28.3
36 Poly ': t .. "1'lB:' le A 2-1 / 2 CD 101 phhenyl beta nphtyline 25: 100 37 Polyt: l: 1t; '} f:
A 2-1 / 2 CD 101 N -.lie cïiphny3
EMI28.4
<tb> paraphenylene
<tb> diamine <SEP> 25 <SEP>: <SEP> 100
<tb>
EMI28.5
38 Pol; eti> ;. 15.i = 1 2-1 / 2 CD ICI dip3.ra .. '1léthxy diphenyl, :: line 25: 100 39 Pol)' ': t: l'l: e A 2- 1/2 CD 101 diph {, nyla.11ine 25: 100 0 Poly0t3à.léae À 2-1 / 2 CD 101 2, ± -dinitrotoluéne 25: 100 41 Pa.;:: Len :: 2-1 / 2 CD lJ1 25: 100 equif.101ecular mixture of o-nitrobiphëayl and diphenylene with iainin
<Desc / Clms Page number 29>
EMI29.1
1! # .: 1eJt ,; 4.-: Uhc due pOlycithyltno (density 0.9e, melt index 0.3) containing Z.5, 'J by weight of carbon black and 2.5 by weight of a!': 1.ann:,: e containing 1UO partios eri weight of Konsol PL 1 and 25 parts by weight I Arochlor 1260 shows a great stfh:!. l1 t !: on the fly kills !: '.
Failure test at 15 minute intervals, starting at 30 1 .V and increasing by 10% the voltage held constant for 15 minutes each stage, gives the following results:
EMI29.2
with mlan; c. without tn2'lange dend (i1tîre c3aW iitif;
EMI29.3
<tb>
<tb> Voltage <SEP> max <SEP> 80 <SEP> KV <SEP> 50 <SEP> KV
<tb> min <SEP> 60 <SEP> 40
<tb> medium <SEP> 68 <SEP> 48
<tb> Volts / 0.025 <SEP> mm / h <SEP> 483 <SEP> 342
<tb>
EXAMPLE 43.-
When the polyethylene composition is crosslinked with a peroxide catalyst, the results after mixing as in Example 42 are as follows:
EMI29.4
<tb>
<tb> with <SEP> mix <SEP> without <SEP> mix
<tb> of additives <SEP> of additives
<tb> Voltage <SEP> max <SEP> 70 <SEP> KV <SEP> 60 <SEP> KV
<tb> min <SEP> 40 <SEP> 40 <SEP>. <SEP>
<tb> medium <SEP> 62 <SEP> 50
<tb> Volts / 0.025 <SEP> mm / h <SEP> 433 <SEP> 348
<tb>
EXAMPLE 44. -
The mixtures of Example 42 show excellent sta-
EMI29.5
bility to the car with a blinùaee having a: reshti vi tl; of about 100 ohm / cm. comprising a poly (4-ethylene-poly-acrylate) copolymer which comprises 30 to 20 parts by weight of non-oxidising carbon black per 100% by weight of the copolymer when about 1% by weight of the mixture of inductor is used for 130 C0.i.lWC "en) 'If) .td' ie '.'. I., Vi: ee.: B