Compositions ignifugées.
La présente invention concerne des compositions ignifugées et plus particulièrement une garniture pour substrats longs, par exemple un isolant électrique de fil ou
de câble,formée au moyen d'une telle composition.
L'invention a pour objet un substrat long muni, sur au moins une partie de son étendue, d'une garniture ignifugée, laquelle garniture est formée d'une composition polymère qui comprend un copolymère d'acétate de vinyle et d'alkène sensiblement réticulé comme polymère unique ou comme l'un des constituants d'un mélange polymère et à laquelle est incorporée une quantité efficace d'un ignifuge inorganique exempt d'halogène, avec les restrictions
i) que le copolymère d'acétate de vinyle et d'alkène a une
teneur en acétate de vinyle de plus de 55% en poids,ou ii) que le copolymère d'acétate de vinyle et d'alkène est
mélangé avec un polyalkène ou copolymère d'alkène et d'alkène et que le mélange contient moins de 66% en poids de copolymère d'acétate de vinyle et d'alkène,ou
iii) qu'au cas où le copolymère d'acétate de vinyle et d'alkène est mélangé avec un polyalkène ou un copolymère d'alkène. et d'alkène et où le mélange contient au moins
66% en poids de copolymère d'acétate de vinyle et d'alkène, alors le copolymère d'acétate de vinyle et d'alkène
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L'alkène constitutif du copolymère d'acétate de vinyle et d'alkène et du polyalkène éventuellement présent coprend de préférence un alkène en C2-C6 et en particulier
un alkène non saturé en position a,comme l'éthylène, le 1-propylène ou le 1-butène, mais en particulier l'éthylène.
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lisés dans les compositions de l'invention sont de préférence des copolymères d'un alkène en C2-C6 et d'un alkène en C2-C12 et en particulier des copolymères d'éthylène et d'un alkène
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en position a comme le n-propyl-1-ène, le n-but-1-ène, le n-pent-1-ène ou le-n-hex-1-ène. Des copolymères d'éthylène qui sont particulièrement préférés, sont ceux contenant plus
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rêt particulier sont les copolymères d'éthylène dits linéaires et de bas poids spécifique,qui ont un poids spécifique de 0,910 à 0,940 g/cm<3> à 25[deg.]C que décrivent la demande de brevet anglais n[deg.] 79.11.916 et .le brevet canadien n[deg.]873.828.
Au cas où le copolymère d'acétate de vinyle
et d'alkène est utilisé dans la composition polymère en l'absence d'un polyalkène ou d'un copolymère d'alkène et d'alkène constitutif d'un mélange, la teneur en acétate
de vinyle du copolymère d'acétate de vinyle et d'alkène s'élève de préférence jusqu'à 95% en poids et est plus avantageusement de 60 à 95% en poids, par exemple de 60 à 75% en poids, en particulier de 65 à 95% en poids et plus spé-
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à 80% en poids.
Au cas où le copolymère d'acétate de vinyle
et d'alkène est utilisé dans la composition polymère en présence d'un polyalkène ou d'un copolymère d'alkène et d'alkène constitutif d'un mélange, la teneur en acétate de vinyle du copolymère d'acétate de vinyle et d'alkène est d'au moins
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exemple de 45 à 98% en poids, en particulier de plus de 55% en poids, par exemple jusqu'à 95% en poids et spécialement
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plus spécialement de 65 à 85% en poids, par exemple de 70
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ral du copolymère.d'acétate de vinyle et d'alkène au polyalkène ou au copolymère d'alkène et d'alkène constitutif du mélange est de préférence de 1:0,2 à 4, de préférence d' un
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ou même de 1:2,5 à 4,0. En outre ou en variante, il est préférable que la quantité totale d'acétate de vinyle dans
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Dans la plupart des circonstances, il peut être désirable que la composition polymère comprenne un agent d'association pour améliorer la compatibilité.de l'ignifuge avec le ou les constituants polymères de la composition,
par exemple pour améliorer les propriétés physiques de la composition. Des agents d'association préférés sont notamment les composés organosiliciques et les dérivés du titane, comme les silanes et titanates.
Des exemples de silanes sont le diméthyldichlorosilane, le méthyltrichlorosilane, le vinyltrichlorosilane, le Y-méthacryloxypropyltriméthoxysilane, le N,N-bis-(�-hydroxyéthyl)-y-aminopropyltriéthoxysilane, le vinylpropyltriméthoxysilane, le Y-méthacryloxypropyltriméthoxysilane, le ymercaptopropyltriméthoxysilane, le vinyltriméthoxysilane,
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Des exemples d'autres silanes appropriés sont donnés dans
le brevet anglais n[deg.]1.284.082.
Des exemples de titanates et d'autres dérivés organotitaniques utiles comme agents d'association sont
le titanate de tétraisooctyle, le titanate d'isopropyle de diisostéaryle et de méthacryle, le titanate d'isopropyle et de triisostéaroyle, le titanate d'isopropyle et de triacryle,
le di-(dioctylpyrophosphate) de titane et spécialement les ti-
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cryle et d'isostéaroyle. D'autres composés appropriés du titane sont décrits par S.J. Monte & G. Sugerman dans
J. Elastomers & Plastics, volume 8 (1976), pages 30 à 49 et dans Bulletins KR 0376-4 et 0278-7 "Ken-React Titanate Coupling Agents for Filled Polymers" que publie la Société Kenrich Petrochem Inc.
Le rapport pondéral de l'agent d'association éventuellement utilisé à l'ignifuge est de préférence de 0,005 à 0,1:1 et plus avantageusement de 0,01 à 0,05:1, respectivement.
Les ignifuges préférés sont ceux dégageant de l'eau par chauffage et en particulier les oxydes d'aluminium hydratés
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ammonique ou sodique, la magnésie hydratée et les silicates de calcium hydratés, mais spécialement les trihydrates d'alumine a. Les ignifuges tels que l'alumine trihydratée ont
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absorption d'azote suivant le procédé de Brunauer, Emmett
et Teller.
La granulométrie de l'ignifuge est de préférence inférieure à 5 microns et plus avantageusement inférieure à
2 microns. En variante ou en outre, il peut être avantageux d'utiliser un ignifuge comprenant un mélange de particules
de différentes granulométries, par exemple pour faire baisser la viscosité à l'état fondu de la composition. Si la chose est désirée , l'ignifuge peut être traité chimiquement, en vue d'une amélioration de sa compatibilité avec la phase polymère, au moyen d'un ou plusieurs des agents d'association précités ou bien,-dans le cas de certains ignifuges tels
que l'alumine trihydratée au moyen d'auxiliaires de mise en oeuvre comme l'acide stéarique ou un stéarate tel que le stéarate de calcium.
L'ignifuge est utilisé de préférence en quantité
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50 à 200 parties pour 100 parties du ou des constituants polymères, sur base pondérale. Des résultats intéressants sont obtenus au moyen d'une quantité de 80 à 150 parties en poids d'ignifuge pour 100 parties en poids de constituant polymère.
En plus de l'ignifuge, les compositions de l'invention peuvent comprendre des additifs classiques,
par exemple des charges, des stabilisants comme des stabilisants à la lumière ultraviolette, des antioxydants, des accepteurs d'acides et des stabilisants contre l'hydrolyse, des porophores et des colorants, des auxiliaires de mise en oeuvre tels que des plastifiants,ou des polymères supplémentaires. Lors de l'utilisation d'additifs supplémentaires,
il est préférable ciue les compositions contiennent moins
de 5% en poids d'halogène et plus avantageusement moins de
2% en poids d'halogène,sur la base de la composition complète, et en particulier qu'elles soient exemptés- d'halogène.
Les compositions polymères peuvent être produites de façon classique:-par exemple par mélange desconstituants dans un mélangeur Banbury. Elles peuvent être alors converties en une garniture,par exemple par extrusion ou moulage, suivant la nature de la garniture et celle du substrat, et être réticulées simultanément ou ultérieurement.
La composition polymère peut être réticulée, par exemple par incorporation d'un agent de réticulation ou par, exposition à un rayonnement de haute énergie. Des agents de réticulation appropriés sont des générateurs de radicaux libres, comme les peroxydes,par exemple,le peroxyde de dicumyle,
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(t-butylperoxy)'-diisopropylbenzène. Une composition chimiquement réticulable comprend typiquement environ 0,5 à 5% en poids de peroxyde, sur la base du poids du mélange polymère. L'agent de réticulation peut être utilisé isolément ou en association avec un agent de coréticulation comme un composé vinylique ou allylique polyfonctionnel tel que le cyanurate de triallyle, l'isocyanurate de triallyle ou le tétraméthacrylate de pentaérithritol.
La réticulation par irradiation peut être effectuée par exposition à un rayonnement de haute énergie comme
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doses d'irradiation de 2 à 80 Mrads, de préférence de 2 à
50 Mrads, par exemple de 2 à 20 Mrads et en particulier de
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réticulation par irradiation, il est préférable d'incorporer à la composition, avant l'irradiation, 0,2 à 5% en poids d'un agent favorisant l'effet de l'irradiation, par exemple
un composé vinylique ou allylique polyfonctionnel tel que
le cyanurate de triallyle, l'isocyanurate de triallyle ou
le tétraméthacrylate de pentaérithritol.
Le degré de réticulation des compositions peut être exprimé par la teneur en gel (ANSI/ASTM D2765-68) de
la composition polymère réticulée, c'est-à-dire à l'exclusion des additifs non polymères éventuellement en présence. De préférence, la teneur en gel de la composition réticulée
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Lorsqu'il est désirable d'appliquer la garniture sous la forme d'une gaine sur la longueur du substrat, il peut être avantageux d'extruder la Composition polymère, avant de la réticuler,directement sur le substrat, avec réticulation simultanée ou ultérieure.
En variante et en particulier lorsque la garniture est destinée à ne recouvrir qu'une partie de la longueur du substrat, il peut être avantageux de former la garniture avant de l'appliquer sur le substrat, par exemple sous forme d'un ruban ou d'une feuille à appliquer par enveloppement sur le substrat ou sous forme d'un manchon dans lequel le substrat est inséré. Lorsque la garniture est produite avant d'être appliquée sur le substrat, il est préférable qu'elle soit produite sous une forme susceptible de reprise dimensionnelle, c'est-à-dire sous une forme telle que sa configuration dimensionnelle puisse être amenée à se modifier sensiblement sous l'effet d'un traitement approprié, spécialement sous une forme susceptible de reprise thermique, dont la configuration dimensionnelle peut être amenée à se modifier sensiblement par exposition à la chaleur.
La garniture peut être rendue susceptible de reprise thermique par déformation de sa configuration thermiquement stable dans l'état réticulé à une température élevée convenable, par exemple à une température supérieure au point de fusion cristallin ou au point de ramollissement de la composition polymère, puis par refroidissement dans la configuration déformée, de manière classique, par exemple comme décrit dans les brevets des
<EMI ID=22.1>
Pour des applications de produits thermorétrécissables, il
est préférable que la composition polymère de la garniture comprenne un mélange du copolymère d'acétate de vinyle. et d'alkène avec au moins un polymère thermoplastique. Le rapport pondéral du copolymère d'acétate de vinyle et d'alk:ène au polymère thermoplastique peut être,par exemple,de 1:0,2 à 4, par exemple de 1:0,2 à 1,5 et en particulier de 1:0,2 à 0,55. Les polymères thermoplastiques préférés pour les produits susceptibles de reprise thermique sont les polyalkènes et copolymères d'alkène et d'alkène thermoplastiques mentionnés ci-dessus.
De plus et dans certaines circonstances, il peut être désirable de révêtir au moins une partie de la surface de la garniture qui vient au contact du substrat au moyen d'un agent d'étanchéité ou d'un adhésif, par exemple un adhésif actif- à chaud à l'état fondu,, activable par la chaleur, sensible à la pression ou de contact ou bien un mastic, en particulier un adhésif actif à chaud à l'état fondu comme décrit dans la demande de brevet allemand publiée n[deg.]OS 27 23 116.
Un aspect de l'invention offrant un intérêt particulier concerne lès isolants électriques pour lesquels les critères d'ininflammabilité sont fort sévères. Des exemples de.l'application de l'invention aux isolants électriques sont les isolants primaires et secondaires de fils, les gaines de câbles et les faisceaux de fils et de câble où la garniture est appliquée sur toute la longueur du substrat, de même que les couvre-épissures et manchettes de fils et câbles sous forme de rubans,de feuilles ou de manchons, de même que les sorties de câbles et de faisceaux sous forme de rubans et de corps moulés, par exemple de chemises, auquel cas la garniture est appliquée sur une partie seulement de la longueur du fil, du câble ou du faisceau.
Un autre aspect de l'invention offrant. un intérêt particulier concerne le scellement ou la protection mécanique ou d'environnement de conduites et tuyaux ou d'au moins de leurs parties,par exemple des joints ou endroits endommagés, par exemple dans des systèmes de distribution,comme des conduites d'eau ou de gaz, des conduites de chauffage urbain,
-des conduits de ventilation et de chauffage et des conduits ou conduites véhiculant des effluents domestiques ou industriels. Un exemple important d'une.telle application est la connexion de conduits de ventilation de conditionnement d'air, auquel cas la garniture peut être employée sous forme de ruban ou de feuille appliqués par enveloppement au voi-sinage du joint ou sous forme d'un manchon comprenant le joint, spécialement sous forme thermorétrécissable.
Pour les applications précitées, les garnitures conformes à l'invention ont entre autres propriétés une inflammabilité notablement faible, de même qu'un dégagement faible de fumées et de gaz corrosifs dans des conditions d'inflammabilité rigoureuses. Cette faible inflammabilité s'est révélée directement attribuable à la teneur globale en acétate de vinyle du copolymère de la composition. De plus, par comparaison avec des compositions analogues exemptes de polyalkène où de copolymère d'alkène et d'alkène constitutif d'un mélange et ayant la même teneur en acétate de vinyle, les garnitures formées des compositions comprenant un polyalkène ou un copolymère d'alkène et d'alkène constitutif d'un mélange se sont révélées aussi être sensiblement
<EMI ID=23.1>
ques et en particulier des huiles, par leur tenue à la flamme
<EMI ID=24.1>
flammation rigoureuses.
L'invention est illustrée par les exemples suivants dans lesquels les parties et pourcentages sont donnés sur b as.e pondérale :
<EMI ID=25.1>
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phosphite dibasique de plomb accepteur d'acide 1 * Alumine trihydratée(vendue sous le nom de Hydral 705 par
la Société Alcoa Corp.) enrobée de 1,5% de dioctylpyrophosphate oxyacétate de titane (vendu sous le nom de Ken-React
138S par la Société Kenrich Petrochemical Inc.)
On mélange les constituants de la composition ci-dessus dans un mélangeur Banbury de laboratoire en opérant comme précisé ci-dessous.
On introduit dans le mélangeur Banbury le polymère,
<EMI ID=27.1>
et on les mélange pendant 1 minute. On ajoute le noir de carbone�puis en 4 minutes peu à peu l'ignifuge. Au terme de cette durée, on ajoute l'agent favorisant l'effet d'irradiation et on poursuit l'incorporation pendant 1 minute. On retire le mélange de l'appareil Banbury et on le passe à la calandre froide,puis on le divise en granules. On moule les granules en plaques par compression' à l90[deg.]C et on irradie les plaques au faisceau d'électrons jusqu'à une dose d'irradiation de 12 Mrads. On mesure l'inflammabilité de la.plaque en déterminant.l'indice d'oxygène limite suivant la norme AS.TMD 2863. On obtient ainsi un résultat de 50,0.
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<EMI ID=29.1>
En opérant comme dans l'exemple 1, on prépare une série de plaques au moyen d'une série de compositions (voir ci-dessus) qui ne diffèrent que par la teneur en acétate de vinyle de leur copolymère.
Le tableau I rassemble les résultats de la mesure des propriétés physiques et de la résistance à l'eau et à l'huile de ces compositions.
<EMI ID=30.1>
<EMI ID=31.1>
Ces résultats font ressortir qu'aucun effet défa-. vorable sensible n'est exercé sur les propriétés physiques
par une augmentation de la teneur en acétate de vinyle du copolymère uniquement et que cette augmentation se traduit par une amélioration sensible de la résistance aux huiles.
La figure du dessin annexé est un diagramme de l'in- <EMI ID=32.1>
abscisses (AV%). Le diagramme comprend l'inflammabilité.
<EMI ID=33.1>
trihydratée (courbe supérieure) et comme témoin l'inflammabilité mesurée .sur des compositions par ailleurs identiques
(courbe inférieure).
Le diagramme fait ressortir nettement que l'ininflammabilité augmente avec la teneur en acétate de vinyle du polymère,du fait que les indices d'oxygène limites observés sont de plus de 40-lorsque la teneur en acétate de vinyle
<EMI ID=34.1>
tions dont la constitution est précisée au tableau II ci-après qui indique le nombre de parties en poids (à l'unité près) des différents constituants, puis on moule les compositions en plaques par compression à 190[deg.]C,après quoi on les irradie dans le milieu atmosphérique au moyen d'un faisceau d'électrons de 5,8 MEV jusqu'aux doses d'irradiation précisées.
On exécute les essais précisés ci-après sur les éprouvettes. EXEMPLES 15 à 20 -
On homogénéise les compositions mentionnées au tableau II en opérant comme dans les exemples précédents, mais en refroidissant la calandre de laboratoire à deux cylin-dres pour empêcher l'adhérence des mélanges,après quoi, on produit des plaques pour établir les comparaisons lors des essais ci-après.
Essais
On soumet les plaques produites dans les exemples ci-dessus aux essais ci-après.
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par le pourcentage d'absorp- est un disque d'un diamètre de.
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Résistance à l'huile mesurée ASTM-D570-77 sauf que l'éprouvette par le pourcentage d'absorp- est un disque d'un diamètre de tion d'huile 25 mm et d'une épaisseur de 1,5 mm Résistance à la traction BS 903, partie A2
Allongement BS 903, partie A2
Inflammabilité mesurée par ASTM-D-2863
l'indice d'oxygène limite
Dégagement de fumée mesuré dans une chambre à fumée
Aminco NBS conforme au AmincôNBS smoke density Chamber catalogue No. J4-5800B, J4-5800BE, instruction 1410, publié en novembre 1975 par la Société American Instrument Co. 8030 Georgia Ave.
Silver Spring, Maryland 20910.
Les résultats sont rassemblés au tableau III et font ressortir nettement,entre autres,que les mélanges (exemples 3 à 14) ont une résistance à l'huile nettement supérieure à celle du copolymère en l'absence du polyéthylène constitutif du mélange (exemples 15 à 20) ayant les mêmes teneurs en éthylène et en acétate de vinyle que le mélange, de même
qu'une meilleure tenue à la flamme et le plus souvent un
plus faible dégagement de fumée.
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<EMI ID=41.1>
<EMI ID=42.1>
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<EMI ID=44.1>
EXEMPLE 21 -
On produit du ruban thermorétrécissable de la constitution suivante:
<EMI ID=45.1>
* Copolymère d'éthylène et de butène linéaire et de bas poids . spécifique vendu sous le nom de Sclair 11D1 par la Société Dupent.
On mélange les constituants dans une calandre à deux cylindres à une température de 120 à 1�0[deg.]C�puis on refroidit le mélange et on le convertit en granules. Au moyen des granules, on alimente une extrudeuse classique munie
<EMI ID=46.1>
ruban d'une largeur. de 100 mm et d'une épaisseur de 1,5 mm. On irradie le ruban résultant ensuite au moyen d'électrons de haute énergie jusqu'à une dose totale de 6 Mrads.
<EMI ID=47.1>
on le laisse refroidir à l'état ainsi étiré. On revêt ensuite le ruban d'une couche mince (0,5 mm) d'un adhésif actif.
à chaud à l'état fondu conforme à la demande de brevet allemand publiée N[deg.]OS 27 23 116, exemple 3, composition "0". Avant l'application.de l'enduit, les propriétés physiques
du ruban sont les suivantes:
<EMI ID=48.1>
<EMI ID=49.1>
On utilise le ruban thermorétrécissable enduit d'adhésif ainsi obtenu pour sceller le joint d'un conduit métallique de conditionnement d'air d'un diamètre de 150 mm en préchauffant le conduit à l'endroit du joint,en appliquant le ruban par enveloppement sur le conduit par-dessus la région du joint afin que les spires successives du ruban chevauchent partiellement et en chauffant le ruban avec un chalumeau
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tement sur le joint et faire fondre l'adhésif pour la constitution d'une liaison adhésive tenace entre la garniture ainsi formée et le conduit constituant le substrat.
En variante, on extrude les granules de composition en un manchon qu'on rend radialement susceptible de reprise thermique et qu'on revêt d'adhésif de la manière décrite plus haut. On met le manchon alors en place sur la région, du joint du conduit et on le fait rétrécir par chauffage. EXEMPLE 22
En opérant dans un mélangeur interne de type Banbury
<EMI ID=51.1>
trihydratée. Après malaxage du mélange dans une calandre à deux cylindres, on retire le mélange sous forme d'une feuille qu'on refroidit et qu'on divise en granules qu'on saupoudre légèrement de talc pour empêcher qu'ils s'agglutinent. On extrude la composition alors comme gaine de câble sur un câble à plusieurs conducteurs d'un diamètre extérieur de 22,5 mm,
de manière à former une gaine d'une épaisseur de paroi de 1,25 mm en utilisant une gxtrudeuse de 89 mm présentant un rapport de la longueur au diamètre de 25:1 à des températures de 60, 80, 120, 120 et 130[deg.]C au long du corps et à des températures de la filière d'extrusion de 150, 140 et 120[deg.]C.
On irradie le câble gainé alors au moyen d'électrons de haute énergie jusqu'à une dose totale de 5 Mrads. Le produit gainé a les propriétés physiques suivantes.
<EMI ID=52.1>
<EMI ID=53.1>
dratée traitée au moyen de 5% de titanate d'isopropyle et de triisostéaroyle (exemple 23) ou de titanate d'isopropyle,
<EMI ID=54.1>
Les propriétés physiques et électriques de la gaine de câble sont détaillées ci-après.
EXEMPLE 23
<EMI ID=55.1>
<EMI ID=56.1>
On répète les opérations de l'exemple 22 au moyen
<EMI ID=57.1>
poids de l'alumine trihydratée.
Les élastomèr-és utilisés dans les différents exemples sont:
Exemple 25 : Terpolymère linéaire d'éthylène, de propylène
et de diène.
Exemple 26 : Polyester élastomère thermoplastique issu de
téréphtalate de diméthyle, d'un polyglycol et' d'un diôl à chaîne courte vendu sous le nom de Hytrel par la Société Dupont.
- Exemple 27 : Caoutchouc styrène/butadiène. La température de malaxage au mélangeur Banbury est de 130[deg.]C dans les exemples 25 et 27. Dans l'exemple 26, la température de malaxage dans le mélangeur Banbury est de <EMI ID=58.1>
75, 90, 125, 140 et 165[deg.]C. Dans chaque cas, après l'homo-généisation, on retire la composition sous la forme d'une nappe qu'on découpe en bandelettes étroites pour alimenter l'extrudeuse. Les propriétés physiques des gaines sont les suivantes:
<EMI ID=59.1>
REVENDICATIONS.
1 - Substrat.long muni,sur au moins une partie
de son étendue,d'une garniture ignifugée, caractérisé en
ce que la garniture est formée d'une composition polymère qui comprend un copolymère d'acétate de vinyle et d'alkène sensiblement réticulé comme polymère unique ou comme l'un des constituants d'un mélange polymère et à laquelle est incorporée une quantité efficace d'un ignifuge inorganique exempt d'halogène, avec les restrictions
i) que le copolymère d'acétate de vinyle et d'alkène a une.
<EMI ID=60.1>
ii) que le copolymère d'acétate de vinyle et d'alkène est
mélangé avec un polyalkène ou copolymère d'alkène et d'alkène et que le mélange contient moins de 66% en poids de copolymère d'acétate de vinyle et d'alkène,ou
iii) qu'au cas où le copolymère d'acétate de vinyle et d'alkène est mélangé avec un polyalkène ou un copolymère d'alkène et d'alkène et où le mélange contient au moins
66% en poids de copolymère d'acétate de vinyle et d'alkène, alors le copolymère d'acétate de vinyle et d'alkène
<EMI ID=61.1>