Compositions résistant à l'arc électrique
La présente invention est relative à des compositions résistant à l'arc et comportant un poly(sulfure d'arylène) comme ingrédient de base.
Dans de nombreuses applications industrielles impliquant l'emploi d'un courant électrique à haute tension, comme la transmission de la puissance électrique ou le chauffage à l'aide de résistances électriques, il est nécessaire ou souhaitable d'utiliser des constituants réalisés en matières qui résistent à l'arc électrique, tel que défini dans les normes ASTM-D 495-73. Il est même plus souhaitable encore de disposer de compositions résistant à l'arc électrique qui résistent également à l'eau et qui possèdent des propriétés physiques acceptables.
La présente invention a pour objet des compositions résistant à l'arc électrique qui conviennent pour la réalisation d'organes ou de constituants électriques.
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication des compositions précitées.
L'invention a également pour objet des compositions résistant à l'arc électrique qui possèdent des propriétés physiques acceptables.
L'invention a encore pour objet des compositions résistant à l'arc électrique et qui résistent également à l'eau.
L'invention a aussi pour objet des compositions résistant à l'arc électrique qui possèdent un coefficient de dilatation linéaire amélioré.
L'invention a également pour objet des articles réalisés en les compositions résistant à l'arc électrique susmentionnées.
L'inventicn a finalecent pour objet des articles eésistant à l'arc électrique possédant des propriétés physiques acceptables, une bobine résistance à l'eau et un bon coefficient de dilatation linéaire.
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te invention a pour objet des compositions résistant à l'arc électrique, caractérisées en ce qu'elles comprennent un poly(sulfure d'arylène) et une quantité de 20 à
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ou de talc, suffisant à rendre les compositions résistantes à l'arc et, en outre, de 30 à 60% par rapport au poids total des compositions, de charges comprenant au moins une substance choisie parmi l'argile et le talc.
Selon une autre des caractéristiques de la présente invention, les compositions résistent à l'arc comprenant un poly(sulfured'arylène) et une charge à base d'argile ou de talc peuvent aussi contenir, en tant que charges, de 0 à 35% en poids de verre et/ou de 0 à
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totales. L'utilisation du verre accroît la résistance à la traction de la composition.
Selon une autre de ses caractéristiques, la présente invention est relative à des compositions résistant à l'arc électrique possédant une résistance à l'eau améliorée. Ces compositions comprennent un poly(sulfure de phénylène), de 30 à 60% en poids de charges comprenant au moins une substance choisie parmi l'argile et le talc
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devant s'entendre sur les poids totaux des compositions.
La présente invention a également pour objet
un procédé pour la production d'une composition résistant à l'arc électrique. Conformément à ce procédé, on introduit un poly(sulfure de phénylène) non durci ou partiellement durci dans un mélangeur convenable, en même temps que
30 à 60% en poids de charges comprenant de 0 à 35% en
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cium et au moins une substance choisie parmi l'argile et le talc. On mélange les ingrédients jusqu'à l'obtention d'un mélange homogène. On moule ensuite le mélange par injection de manière à former une composition résistant
à l'arc électrique.
L'invention a également pour objet un procédé pour la production d'une composition résistant à l'arc électrique et qui possède aussi une résistance à l'eau améliorée. Selon ce procédé on mélange un poly(sulfure de phénylène) non durci et partiellement durci dans un mélan-
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poids de carbonate de calcium, de 0,5 à 5% en poids de silanes, le reste comprenant au moins une substance choisie parmi le talc et l'argile. On moule ensuite le mélange pression de manière à engendrer une composition résistant à l'arc électrique de la forme voulue.
La présente invention a également pour
objet des articles manufacturés produits en utilisant les composés conformes à l'invention.
Les poly(sulfures d'arylène) qui ne comportent pas d'additifs ne présentent pas de bonnes propriétés de résistance à l'arc électrique. Par exemple, le poly(sulfure de phénylène) possède une résistance
à l'arc électrique d'environ 10 secondes, comme mesurée selon les normes ASTM -D-495-73, tandis que la valeur minimale acceptable pour des matières résistant à
l'arc électrique est d'environ 120 secondes.
Non sans surprise, on a découvert que l'addition d'importantes quantités de charges formant de 0 à
60% du poids total de la composition avec environ 20 à
50% en poids de la composition totale constitués d'au moins une substance choisie parmi l'argile et le talc,
à du poly(sulfure d'arylène) produisait une composition résistant à l'arc électrique, c'est-à-dire possédant une résistance à l'arc électrique égale ou supérieure à 120 secondes, comme mesurée selon la norme ASTI-1 D-495-73.
Au surplus, on a découvert que l'addition de faibles quantités de silanes à la nouvelle composition résistant à l'arc électrique conforme .à l'invention conférait à cette dernière une résistance améliorée à l'eau et'dimi-
<EMI ID=11.1> Aux fins de la présente invention, on peut utiliser n'importe quel poly(sulfure dtarylène) non durci ou partiellement durci, que ce soit à l'état d'homopolymère, de copolymère, de terpolymère et analogues, ou un mélange de tels polymères. Dans le présent mémoire et les revendications qui le terminent, l'expression "polymère non durci ou partiellement durci" désigne un polymère dont le poids moléculaire peut être augmenté par allongement de la chaîne moléculaire, par réticulation ou par combinaison d'un allongement de la chaîne moléculaire et d'une réticulation, en lui apportant une quantité d'énergie suffisante, comme en le chauffant, de préférence, en présence d'oxygène. Le procédé qui élève le poids moléculaire du polymère sera appelé dans le présent mémoire: procédé de durcissement.
Conviennent tout particulièrement bien aux fins de la présente invention, les poly(sulfures d'arylène) possédant des viscosités inhérentes dans le chloronaphtalène (0,2 g de polymère dans 100 ce de chloronaphtalène) à 206[deg.]C d'au moins environ 0,08,
de préférence d'environ 0,1 à environ 0,3 et plus avantageusement encore d'environ 0,13 à 0,23. Comme exemples de polymères que l'on peut utiliser aux fins de la présente invention, on peut citer ceux décrits dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n[deg.] 3 354 129. D'autres exemples de poly(sulfures d'arylène) sont fournis par <EMI ID=12.1> de 2,4-tolylène), un copolymère de p-dichlorobenzène, de 2,4-dichlorotoluène et de sulfure de sodium,
ainsi que leurs mélanges. Parmi tous les poly(sulfures d'arylène), on préfère actuellement les polymères de poly(sulfure de phénylène) (PPS ) aux fins de la présente invention.
Comme charges, on peut se servir de n'importe quel talc, argile, carbonate de calcium ou verre; ces ingrédients ne doivent pas posséder une pureté élevée.
Bien que la demanderesse suppose que l'on puisse utiliser n'importe quel silane pour conférer une résistance à l'eau améliorée et un coefficient de dilatation linéaire amélioré aux nouvelles compositions résistant à l'arc électrique conformes à l'invention, les silanes actuellement préférés sont les alkylsilanes, les alcoxysilanes et leurs polymères. Comme exemples de tels composés, on peut citer les substances suivantes:
T-glycidoxypropyltriméthoxysilane, méthyltriméthoxysilane et polyisoxyméthoxysilane.
La proportion de charges ajoutées au poly-
(sulfure d'arylène) peut varier d'environ 30 à environ
60 % en poids de la composition totale. Les charges comprennent de 0 à 35 % en poids de verre, de 0 à 40 % en poids de carbonate de calcium, le reste étant constitué par au moins une substance choisie parmi le'talc et l'argile. Une composition résistant à l'arc électrique actuellement préférée comprend les ingrédients suivants:
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La proportion de silanes que l'on peut éventuellement incorporer à la composition à résistance à l'arc électrique améliorée peut varier d'environ 0,5 à environ 5 % en poids, habituellement d'environ 0,5 à environ 1 % en poids par rapport à la composition totale.
Le procédé de production de la composition à résistance à l'arc électrique améliorée s'illustre le mieux par la mise en oeuvre de la série d'étapes opératoires suivante:
Si la composition est fabriquée par moulage par injection, il est souhaitable de partiellement durcir le polymère de façon à réduire son indice d'écoulement à l'état fondu jusqu'à une valeur infé-
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(343[deg.]C) et 5 kg de charge). Les polymères possédant
un indice d'écoulement à l'état fondu inférieur à
cette valeur peuvent être moulés par injection avec
une plus grande efficience. Le procédé de durcissement
se réalise en soumettant le polymère non durci ou partiellement durci, de préférence l'air, à l'action de températures élevées, jusqu'à ce que l'indice d'écoulement à l'état fondu souhaité soit obtenu. On utilise normalement des températures élevées d'au moins 260[deg.]C,
les températures préférées variant de 288 à 482[deg.]C.
On introduit le polymère non durci ou partiellement durci dans un mélangeur à culbutage ou dans tout autre mélangeur approprié, en même temps que des quantités préchoisies d'une ou plusieurs charges et, facultativement, d'une quantité prédéterminée de silanes. Les ingrédients sont mélangés selon un procédé connu jusqu'à l'obtention d'un mélange homogène.
Le mélange est ensuite introduit dans un appareil de moulage par injection afin de former,
par traitement approprié, une composition résistant
à l'arc électrique. Le produit issu de l'étape de moulage par injection peut être mis sous la forme désirée au cours du moulage par injection, ou bien
il peut être mis en forme par usinage ou de toute
autre manière après l'achèvement de l'étape de moulage par injection.
Lorsque la composition n'est pas produite par moulage par injection, mais au contraire par mise en oeuvre d'un procédé de moulage par compression, les caractéristiques d'écoulement à l'état fondu du poly(sulfure d'arylène) n'ont normalement aucune importance. On peut mélanger n'importe quel poly(sulfure d'arylène) non durci ou partiellement durci, solide ou liquide, aux charges énumérées ci-dessus et on-peut ensuite faire durcir la composition par application d'énergie à cette dernière, par exemple en la chauffant, sans préalablement amener l'indice d'écoulement à l'état fondu du poly(sulfure d'arylène) à une valeur minimale préférée.
EXEMPLE 1
Du poly(sulfure de phénylène) pulvérulent,
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dant une densité de 1,3, comme mesurée selon le procédé ASTM D 1505-68 et un indice d'écoulement à l'état fondu de 75 g/10 minutes, comme mesuré selon le procédé
<EMI ID=16.1>
à diverses quantités d'argile, de talc, de carbonate
de calcium, de mica et de poudre de verre. Le pourcentage pondéral de chaque charge dans chacun des mélanges réalisés est présenté dans le tableau I. On a réalisé le mélange par culbutage des ingrédients de chaque échantillon dans un mélangeur à tambour rotatif. On a moulé par injection chacun des mélanges et un lot de poly
(sulfure de phénylène) pur du type utilisé pour réaliser le mélange, en barres servant d'éprouvettes possédant
des dimensions (21,6 cm x 1,3 cm x 3,18 mm) et une forme convenant à la mesure de la résistance à la traction selon le procédé ASTM. On a testé chaque éprouvette
afin de déterminer sa résistance à la traction, son pourcentage d'allongement, sa résistance à l'arc électrique
(selon le procédé ASTM D 495-3). Les résultats obtenus apparaissent dans le tableau I qui suit.
<EMI ID=17.1>
<EMI ID=18.1>
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Les résultats ci-dessus indiquent que l'addition des charges énumérées diminuent la résistance à la traction du poly(sulfure de phénylêne) et le pourcentage d'allongement. Cependant, chacune des charges a permis d'améliorer la résistance à
l'arc du polymère. Le degré dont la résistance à l'arc a été améliorée a fortement varié en fonction de la quantité et du type de charge. On a obtenu la meilleure résistance à l'arc avec les mélanges A, B et I. On a observé une amélioration de la résistance à l'arc
<EMI ID=22.1>
D'autres mélanges spécifiés dans le tableau I n'ont donné qu'une faible amélioration seulement de la résistance à l'arc, insuffisante pour satisfaire la résistance à l'arc minimale'de 120 secondes, comme mesurée selon le procédé ASTM D-495-73.
Il faut noter que le mélange I composé de
17 % d'argile, de 17 % de talc et de 20 % de fibres
de verre a engendré une composition ne possédant non seulement une résistance à l'arc fortement améliorée mais présentant également une résistance à la traction la moins réduite parmi toutes celles des autres compositions formées à base du poly( sulfure de phénylène)
EXEMPLE 2
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une autre série d'essais en utilisant diverses quantités de ces deux charges. Les essais ont été effectués selon les procédés décrits à l'exemple 1. Les résultats sont résumés ci-dessous.
TABLEAU II
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Les données ci-dessus montrent que tous les mélanges excèdent la valeur minimale acceptée pour la résistance à l'arc de 120 secondes, mais que les mélanges contenant 15 % en poids de chaque charge possédaient des propriétés combinées de résistance à l'arc et d'écoulement à l'état fondu bien supérieurs. De bonnes propriétés d'écoulement à l'état fondu sont nécessaires à l'obten-
<EMI ID=27.1>
tion, particulièrement lorsqu'elle est destinée au moulage par injection.
EXEMPLE 3
On a produit un mélange des ingrédients suivants présents dans les concentrations spécifiées, par mélange dans un appareil à culbutage:
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On a ensuite subdivisé ce mélange en sept échantillons. On a mélangé six des échantillons à 0,8 % en poids de chacun des divers silanes suivants:
<EMI ID=29.1>
On a moulé des échantillons par injection de façon à obtenir des éprouvettes d'une tonne convenant
à l'essai. On a ensuite testé les propriétés physiques et électriques ainsi que les coefficients de dilatation thermique linéaire. Les résultats des essais apparaissent dans les tableaux III-V qui suivent.
<EMI ID=30.1>
<EMI ID=31.1>
<EMI ID=32.1>
<EMI ID=33.1>
Il ressort des données du tableau III que l'addition des silanes n'a pas matériellement affecté les propriétés physiques des échantillons.
Les tests des propriétés électriques dont
les résultats apparaissent dans le tableau IV révèlent que tous les échantillons possédaient une bonne résistance à l'arc électrique. Les constantes diélectriques des échantillons étaient du même ordre de grandeur pour tous les échantillons, mais, après une immersion de 7 jours dans l'eau, les constantes diélectriques des échantillons contenant du silane étaient d' envir on 10 à 20 % inférieures à celles de l'échantillon témoin. La résistivité volumique de l'échantillon témoin après immersion était diminuée d'un facteur de 1000
(10�), tandis que les échantillons traités au silane
ne présentaient comparativement que peu de changement.
TABLEAU V
Coefficient de dilatation thermique linéaire
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Les résultats ci-dessus indiquent que les silanes contenus dans les échantillons 3, 5 et 6 ont entraîné l'apparition d'un coefficient de dilatation thermique linéaire considérablement inférieur. Les silanes présents dans les échantillons 3 et 5 ont permi de stabiliser le coefficient de dilatation thermique linéaire sur toute la gamme des températures utilisées au cours des essais.
Seul le silane de l'échantillon 7 a entraîné un accroissement du coefficient au-dessus de celui de l'échantillon témoin (échantillon 1). L'effet sur le coefficient de dilatation linéaire était totalement imprévisible et la demanderesse ne peut offrir aucune explication de ce phénomène.
REVENDICATIONS
1.- Composition résistant à l'arc électrique, caractérisée en ce qu'elle comprend un poly(sulfure d'arylène) non durci ou partiellement durci et, en
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poids total de la composition) d'argile et/ou de talc.
2.- Composition résistant à l'arc électrique