CH616264A5

CH616264A5 -

Info

Publication number: CH616264A5
Application number: CH844576A
Authority: CH
Inventors: Eberhard Kertscher; Harald Dr Janssen
Original assignee: Maillefer Sa; Beck & Co Ag Dr
Priority date: 1976-07-01
Filing date: 1976-07-01
Publication date: 1980-03-14
Also published as: NL7707321A; JPS534875A; ES460232A1; DE2638763A1; FR2357041B1; US4145474A; ATA457477A; DE2638763B2; GB1584643A; SE7707625L; AT355114B; IN149499B; BR7704318A; IT1203069B; SE8600692L; FR2357041A1; JPS5732962B2; SE8600692D0

Description

La présente invention a pour objet un procédé de fabrica- ft0 tion d'un fil électrique isolé du genre fil émaillé par extrusion d'une matière thermoplastique.

On appelle «fil électrique isolé du genre fil émaillé» un fil qui est destiné à être utilisé pour la réalisation des bobinages d'appareils électriques tels que des moteurs, transformateurs, fi5 bobines magnétiques ou autres composants électriques destinés . à travailler dans des conditions de charge telles que leur température est supérieure à la température ambiante. Pour des raisons d'encombrement et de rendement, la gaine de matière isolante qui revêt ces fils doit être d'épaisseur aussi faible que possible tandis que, pour des raisons de durabilité et de fiabilité, la matière isolante doit être stable à la température de service.

Certaines normes fixent les conditions auxquelles doivent satisfaire ces fils. Dans la normalisation allemande par exemple, ces conditions se trouvent énoncées notamment dans les feuilles DIN 46 435 et DIN 46 416.

La méthode de fabrication traditionnelle utilisée pour les fils à isolation genre émail consiste à préparer une solution d'une résine synthétique organique dans un solvant convenable. Ce liquide est disposé dans des récipients que le fil traverse. Un film de liquide se dépose alors sur sa surface. Ce procédé nécessite une opération de traitement ultérieure afin d'éliminer le solvant. En outre, il nécessite plusieurs passages successifs du fil dans le bain de matière isolante pour obtenir l'épaisseur d'isolation requise. Enfin, la vitesse de passage du fil est nécessairement limitée à un ordre de grandeur de quelques mètres par minute.

Pour éviter les difficultés résultant de l'utilisation de solvants toxiques, on a également cherché à utiliser des matières isolantes combinées à de l'eau. Ainsi, les mémoires exposés allemands 2 351 078 et 1 720 321 proposent l'emploi de résines en dispersion ou en solution dans l'eau. Cette méthode entraîne toutefois la nécessité d'une opération de séchage dans laquelle l'eau est vaporisée, ce qui entraîne une consommation d'énergie importante. En outre, le choix d'additifs compatibles avec l'eau entraîne également de nouvelles difficultés.

Pour échapper aux inconvénients des systèmes traditionnels et plus spécialement aux atteintes à l'environnement qui résultent du brûlage ou de l'évaporation du solvant et à la déperdition d'énergie correspondant à cette opération, on a déjà cherché à remplacer les résines solubles utilisées jusqu'à maintenant par des matières synthétiques susceptibles d'être chauffées sans détérioration jusqu'à une température supérieure à la limite que l'isolant doit supporter en service. Selon le mémoire exposé allemand DOS 2 135 157, la matière plastique est disposée dans un bain porté à une température supérieure au point de fusion. Ce procédé est toutefois délicat à mettre en oeuvre du fait des températures élevées qu'il exige. Il est lent et, en outre, conduit à des pertes de matières lorsqu'une opération doit être interrompue. En effet, la matière résiduelle encore contenue dans le récipient est alors en général perdue.

Le mémoire exposé allemand 2 022 802 décrit un procédé de fabrication de fils électriques isolés dont l'isolation résiste à des températures élevées en procédant par extrusion et en utilisant des thermoplastes réticulables qui subissent, après la formation de la gaine entourant le fil à isoler, un durcissement par rayonnement électronique ou par traitement thermique. Les produits proposés dans cette publication ne permettent toutefois pas d'obtenir une isolation satisfaisant aux conditions posées par les normes citées plus haut, de sorte que ce procédé ne permet pas de résoudre effectivement le problème posé. Jusqu'à maintenant, on considérait qu'en dépit de ces tentatives, il n'était pas possible de réaliser des fils électriques à isolation émail par extrusion.

Or, une étude attentive du problème a permis de découvrir que, contrairement à l'opinion admise, certaines matières thermoplastiques connues pouvaient être utilisées dans des conditions de travail efficaces pour former une isolation émail sur des fils ayant un diamètre de l'ordre de 1 mm, par une opération d'extrusion à haute température, et que ce nouveau procédé permettait d'éviter tous les inconvénients que l'on rencontrait avec les procédés antérieurs connus.

Comme les thermoplastes que le procédé selon l'invention propose d'utiliser ne contiennent aucun solvant ni auncune substance toxique, l'application du procédé ne nécessite aucun dispositif de brûlage ni aucune mesure particulière pour éviter les atteintes à la santé du personnel. Comme il évite aussi toute

3

616 264

opération de séchage par évaporation d'eau et la dépense d'énergie que cette opération entraîne, ce procédé satisfait donc pleinement aux règles de la protection de l'environnement.

Le procédé permet de déposer une couche d'isolation correspondant aux normes DIN 46435 en une opération. Cette règle joue également, dans le cas où l'on désire réaliser des fils à isolation renforcée (type 2L selon la norme précitée). Pour un fil de cuivre de 1 mm de diamètre la couche d'isolation type 2L doit, en effet, avoir une épaisseur de 30 à 47 |x.

Les polycondensats thermoplastiques utilisés dans le procédé selon l'invention ne nécessitent aucune opération de durcissement, ce qui contribue à l'économie d'énergie.

Le fait d'opérer par extrusion permet d'augmenter de façon considérable la vitesse de tirage et par conséquent, l'efficacité du procédé. Comme on le verra plus loin, on peut atteindre avec des fils de 1 mm de diamètre des vitesses de l'ordre de 500 m/ min., soit environ vingt fois les vitesses connues jusqu'à maintenant.

Le procédé selon l'invention déploie ses avantages avec l'emploi d'une installation d'extrusion qui se distingue des installation utilisés jusqu'à maintenant et qui est décrite dans le brevet No 612 789.

Selon la présente invention, le procédé de fabrication du genre mentionné au début est caractérisé en ce qu'on introduit dans une extrudeuse un matériau thermoplastique exempt de solvant et contenant au moins un polycondensat thermoplastique partiellement cristallin avec des cristallites dont le point de fusion est supérieur à 170° C et en ce que, après avoir amené ledit matériau à une température supérieure au dit point de fusion, on forme sur un fil en une opération d'extrusion un revêtement isolant dont l'épaisseur satisfait à la norme DIN 46 435.

On va expliquer ci-après comment le procédé peut être mis en oeuvre, tout d'abord en donnant quelques exemples des polycondensats thermoplastiques qui sont utilisables.

Par polycondensat thermoplastique, on entend des matières synthétiques thermoplastiques fabriquées par un procédé de polycondensation.

1) Polyester linéaires à chaîne moléculaire élevée formés d'acides di-carboxyliques aromatiques et de dioles aliphatiques diprimaires non ramifiées comme par exemple le polyéthylène terephtalate, le polybuthylène terephtalate, le polyethylène naph-toate.

Ces produits sont fabriqués respectivement à partir de l'acide terephtalique, du dimethylterephtalate, de l'acide 2,6-naphtalène di-carbonate et d'éthylène glucol, de butane diol-1,4.

2) Les polyarylester. Ces produits sont également des polyesters linéaires formés d'acide dicarboxylique aromatique. De préférence, on utilisera l'acide terephtalique, le diphenyl-ester ou le di-chlorure de l'acide terephtalique et les di-phenols, de préférence sans substituants aliphatiques, ou segments de chaînons. Ils peuvent aussi être formés des acides oxycarboni-ques correspondants, par exemple poly-(p-hydroxylbenzoate).

3) Des polyamides linéaires aliphatiques à chaîne moléculaire élevée formés d'acides di-carbonyliques aliphatiques non ramifiés et de di-amines aliphatiques di-primaires également non ramifiés, comme par exemple la 6,6-polyamide (acide adi-pique, hexaméthylène diamine), ou la 6,10-polyamide (acide cébacique, hexaméthylène diamine).

4) Polyamides linéaires aliphatiques à chaîne moléculaire élevée à base de lactames comme par exemple la 6-polyamide (polycaprolactame) ou la 12-polyamide (polylorinlactame).

5) Des polyamides linéaires aliphatiques à chaîne moléculaire élevée composés d'acide a, co-aminocarbonylique comme par exemple la polyamide 11 (polyamide de l'acide (o-amino-undecanique).

6) des polyamides linéaires araliphatiques à chaîne moléculaire élevée composés d'acides di-carbonyliques aromatiques ou de leurs dérivés fonctionnels et de di-amine di-primaire aliphatique non ramifiée ou des acides di-carboxyliques aliphatiques s correspondants et de di-amine aromatiques.

Exemples

Polyamide d'acide terephtalique et d'hexaméthylène di-amine (1,6)

, Polyamide d'acide terephtalique et d'ethylène di-amine Polyamide d'acide terephtalique et de nonaméthylène di-amine Polyamide d'acide terephtalique et de décaméthylène diamine. Polyamide d'acide adipique et de p-phénylène diamine.

7) Les aramides qui sont des polyamides composées d'acides ls di-carbonyliques aromatiques ou de leurs dérivés fonctionnels et de diamine aromatiques comme par exemple, les polyamides à base d'acides terephtaliques et de p-phenylène diamine ou à base d'acides isophtaliques et de m-phénylène diamine.

8) Les polymères de soufre comme par exemple le sulfure de 1() polyphénylène.

Bien entendu, on n'utilisera que des polymères à haut point de fusion qui se ramollissent et passent à l'état de fusion sans dissociation importante. Il est tout à fait conforme à l'idée du procédé selon l'invention de réaliser, dans le cas où l'on utilise 25 des thermoplastes à très haut point de fusion, une désagréation de la structure cristalline et par conséquent un abaissement du point de fusion par co-condensation avec des monomères ayant une autre structure. Ainsi, par exemple on peut, pour obtenir une couche isolante en un polyarylester pur à très haut point de 1(l fusion, introduire dans les produits de départ des éléments de structure aliphatiques.

On peut également par exemple avec les polyamides araliphatiques à très haut point de fusion ou à fusion non exempte de dissociation, remplacer une partie des diamines di-primaires 35 aliphatiques non ramifiées par des diamines avec groupes latéraux. Ainsi par exemple, on peut remplacer une partie de l'hexaméthylène diamine (1,6) par la tri-méthylhexaméthylène diamine ou une partie de l'acide di-carboxylique aromatique par l'acide di-carboxylique aliphatique.

40 Ces possibilités de modifications sont applicables de façon correspondante à tous les groupes de matières mentionnées ci-dessus. Bien entendu, les polymères à point de fusion trop élevés peuvent aussi dans le but d'abaisser leur point de fusion être mélangés avec des quantités plus ou moins grandes de 45 thermoplastes à bas point de fusion par exemple la polyamide d'acide terephtalique et d'hexaméthylène diamine peut être mélangée à une polyamide d'acide terephtalique et de tri-méthyl-hexaméthylène diamine. Cependant, d'autres structures entrent également en ligne de compte dans la mesure où elles J0 sont compatibles avec les résines précitées. Il peut également être utile de mélanger aux thermoplastes mentionnés plus haut, de petites quantités d'autres matières, par exemple des adjuvants pour obtenir certains effets particuliers. Ainsi, par exemple dans certains cas, il peut être utile d'utiliser des résines S5 destinées à améliorer l'écoulement du matériau par exemple des résines de silicone.

L'introduction de colorants ou de pigments peut également être utile puisque, dans la pratique, on cherche assez souvent à réaliser des fils à isolation émail dont la gaine isolante est colorée.

Les produits mentionnés ci-dessus ont été testés dans leurs applications à la fabrication de fils électriques à isolation émail dans différentes conditions opératoires en utilisant le procédé et l'installation décrite dans la demande parallèle mentionnée pré-os cédemment.

On va donner ci-après des indications détaillées concernant les produits employés, la réalisation des tests et les résultats obtenus.

6(1

616 264

4

Données générales

Dans tous les exemples qui suivent, on a utilisé des fils de cuivre recuits tendres de section circulaire, ayant 1 mm de diamètre dans les exemples 1 et 2 et 0,6 mm dans l'exemple 3.

Les températures d'extrusion indiquées se rapportent à des températures mesurées en différents points répartis le long du parcours allant de l'entrée de l'extrudeuse jusqu'à la filière de sortie. Les trois dernières valeurs concernent des points situés sur le système de filière.

Les épaisseurs d'isolant correspondent à des fils à isolation renforcée (type 2L) dont la fabrication par les procédés conventionnels est particulièrement délicate, spécialement en ce qui concerne l'obtention d'un état de surface satisfaisant.

En ce qui concerne les caractéristiques des fils d'enroulement isolés utilisés ci-après: température de ramollissement, dureté, adhérence, allongement à la torsion (peel test) on se référera à la norme DIN 46453, feuille 1, qui contient la définition de ces notions.

Exemple 2

Exemple 1

Matière d'isolation:

Valeur:

Point de fusion:

Conditions de travail : -Températures d'extrusion:

—Vitesse de tirage:

- Epaisseur de la gaine: Propriétés du fil isolé:

-Dureté:

Température de ramollissement:

- Peel test:

- Etat de surface:

Matière d'isolation:

Désignation commerciale:

Point de fusion:

5 Conditions de travail:

- Températures d'extrusion:

- Vitesse de tirage:

- Epaisseur de la gaine: io Propriétés de fil isolé:

- Dureté:

- Température de ramollissement: -Peel test:

-Etat de surface:

6,6-polyamide ultramide A4H (BASF) 255° C

240 - 260 - 280 - 290 - 290 - 290- 290° C 25 à 320 m/min.

34 à 40 |i

1 à 3H 205 à 215° C 100 à 225 TpM lisse, sensiblement exempt de bulles et de marques d'extrusion

20

polyethylène terephtalate (PETP)

61 (Etarel. 1,459) DTA 256° C

200 - 240 - 270 - 280 - 290 -315-320° C 20 à 400 m/min

32 à 50 n

1 à2H

225 à 245°C 190 à 260 TpM lisse, sensiblement exempt de bulles et de marques d'extrusion.

Matière d'isolation: Désignation commerciale: Point de fusion:

Conditions de travail: 25 - Températures d'extrusion:

Exemple 3

Sulfure de polyphénylène Ryton (Philips Petroleum) DTA 280° C

- Vitesse de tirage:

- Epaisseur de la gaine:

Propriétés du fil isolé:

30-Dureté:

—Température de ramollissement:

- Peel test:

-Etat de surface:

: 240-270-295-315-320° C

50 à 500 m/min.

20 à 25 (i

HàlH 260° C

100 à 200 TpM lisse, exempt de bulles et de marques d'extrusion, tension de claquage 11,5 kV.

D'une façon générale, le procédé décrit est applicable sur des fils dont le diamètre de l'âme métallique va de 0.1 à 4.0 mm.

C

Claims

616 264

2

REVENDICATIONS

1. Procédé de fabrication d'un fil électrique isolé du genre fil émaillé, par extrusion d'une matière thermoplastique sur un fil métallique, caractérisé en ce qu'on introduit dans une extru-deuse un matériau thermoplastique exempt de solvant et conte- 5 nant au moins un polycondensat thermoplastique partiellement cristallin avec des cristallites dont le point de fusion est supérieur à 170° C et en ce que, après avoir amené ledit matériau à une température supérieure au dit point de fusion, on forme sur ledit fil en une opération d'extrusion un revêtement isolant , 0 satisfaisant à la norme DIN 46 435.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le point de fusion des cristallites est supérieur à 250° C.
3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le polycondensat thermoplastique est choisi parmi les polyesters linéaires 15 formés d'acides dicarboxyliques aromatiques et de dioles alipha-tiques di-primaires non ramifiées.
4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le polycondensat thermoplastique est choisi parmi les polyarylesters.
5. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le polycon- 2o densat thermoplastique est choisi parmi les polyamides linéaires aliphatiques formées d'acides dicarboxyliques aliphatiques non ramifiés et de diamines aliphatiques di-primaires également non ramifiées.
6. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le polycon- 25 densat thermoplastique est une polyamide linéaire aliphatique formée de lactames.
7. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le polycondensat thermoplastique est une polyamide linéaire aliphatique formée d'acides a-œ-amino-carboxyliques. 30
8. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le polycondensat thermoplastique est une polyamide linéaire araliphatique formée d'acides dicarboxyliques aromatiques ou de leurs dérivés fonctionnels et de diamines di-primaires aliphatiques non ramifiées. 35
9. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le polycondensat thermoplastique est une aramide formée d'acides dicarboxyliques aromatiques ou de leurs dérivés fonctionnels et de diamines aromatiques.
10. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le polycon- 40 densat thermoplastique est un polymère de soufre.
11. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau thermoplastique exempt de solvant contient comme addition un agent auxiliaire capable d'améliorer l'écoulement ou des agents colorants. 45
12. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le polycondensat thermoplastique est le polyethylêne terephtalate.
13. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le polycondensat thermoplastique est la 6,6-polyamide.
14. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que 50 le polycondensat thermoplastique est le sulfure de polyphény-lène.
15. Fil électrique isolé obtenu par le procédé selon la revendication 1.

55