Brevet FR2018185A1 — publié le 19700529

La présente invention concerne un ruban expansible qui comprend un substrat et un revêtement adhésif, moussable, activable par la chaleur, appliqué sur les deux surfaces du substrat. le ruban adhère lors de l'expansion de l'adhésif. Un tel ruban est particulièrement utile pour l'isolement des encoches dans un appareillage électrique et dans des dispositifs du mdme type, mais il est également utilisable dans tous les domaines où l'on désire combler un espace entre des surfaces. Lors de la fabrication de moteurs, transformateurs, générateurs, alternateurs et autres appareils électriques du même type dans lesquels une série de petits fils sont bobinés autour d'un noyau ou support analogue, on réalise l'isolement entre les couches des fils et entre les fils et le noyau en séparant les couches les unes des autres ou du noyau, ou encore de la masse, avec du papier ou une autre matière isolante. Après cela, on plonge la pièce ainsi bobinée dans un vernis électrique, on la retire de ce bain de vernissage et on la soumet à une chaleur intense pour faire durcir le vernis de sorte que les fils ou conducteurs sont assujettis en position tandis que le papier sert à isoler les couches des fils les unes des autres et à partir du noyau du dispositif.Une autre technique qui a été utilisée plus récemment consiste à enrober des fils à bobiner d'un vernis tel qu'un vernis époxy, puis à bobiner ce fil en couches sur des couches sous-jacentes en papier ou en une autre matière isolante qui ont été enroulées sur le noyau de l'objet en cours de fabrication et finalement à faire durcir le vernis.pour obtenir un produit thermiquement stable. Il est évident que chacune de ces techniques exige une série de stades de trait en ment et nécessite, le plus souvent; l'emploi de solvants, de cuves d'immersion et d'appareils analogues, de sorte que le procédé est toujours d'une mise en oeuvre relativement incommode. La présente invention-a.pour objet un ruban expansible portant sur ses surfaces un enduit d'un adhésif thermodurcissable, ce ruban pouvant être appliqué de la mdme façon que le papier ou que des produits analogues en qualité d'un isolement d'encoches ou d'un autre isolement électrique ; toutefois, les enduits adhésifs sur le ruban gonflent pour donner un adhésif thermodurci de structure cellulaire ou en mousse, dont ltépaisseur est de plusieurs fois supérieure à celle de l'enduit initial, ce résultat étant obtenu par le chauffage et permettant de lier solidement en place les conducteurs ainsi isolés par ce ruban, ce qui permet d'éliminer les nombreux stades et les nombreuses pièces d'appareillage et aussi de supprimer l'emploi de solvants et de mélanges liquides de tous types. le nouveau ruban expansible comprend donc un substrat portant sur ses deux surfaces un adhésif inerte normalement non-poisseux qui, après son activation par la chaleur, gonfle en un adhésif thermodurci ayant la structure d'une mousse cellulaire. En service, le ruban épouse de façon assez lâche la surface sur laquelle il doit titre appliqué. Par exemple, si l'on utilise le ruban pour les enroulements de transformateurs ou pour les usages analogues, on dispose une couche de ruban sur le noyau du transformateur, on bobine une couche de conducteurs sur la couche de ruban isolant et on poursuit ainsi en alternance l'application des couches de ruban et de conducteurs jusqu'à l'établissement de I'enroulement complet désiré du transformateur.Quand on chauffe ensuite le produit, les couches adhésives gonflent, à mesure qu'elles durcissent, ce qui a pour effet d'emprisonner et de lier les conducteurs en position. Si l'on utilise le ruban pour isoler des encoches, on place le ruban en alignement de l'encoche, on fait glisser les conducteurs dans l'encoche et on chauffe le ruban pour faire mousser l'adhésif de sorte que le ruban gonfle, remplit entièrement l'encoche et y bloque les conducteurs. Dans les deux cas, les conducteurs sont solidement fixes en position après le chauffage du ruban à la température d'activation de l'adhésif, de sorte que l'adhésif subit à la fois le moussage et le thermodurcissement, le moussage ayant pour effet de provoquer l'expansion du ruban et le remplissage de tous les vides, ainsi que le blocage des conducteurs en position. D'autres buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui v; être faite ci-après en se réfdrant au dessin annexé sur lequel La figure i est une vue en perspective d'un rouleau de ruban préparé selon l'invention la figure 2 est une coupe transversale à plus grande échelle par la ligne 2-2 de la figure 1 La figure 3 est une vue de côté schématique d'un induit encoché, avec lequel peut etre utilisé le ruban selon l'invention la figure 4 est une coupe transversale à plus grande échelle d'une partie d'un induit encoché montrant le ruban en place dans une encoche, avant expansion, et la figure 5 est une vue analogue à la figure 4 montrant l'installation complète après expansion et durcissement de l'adhési! du ruban. En se référant plus en détail au dessin, un ruban en forme d'un rouleau est désigné par la référence d'ensemble 10. Comme on le voit plus clairement sur la figure 2, le ruban comprend un substrat 12 et des surfaces adhésives 14 et 16, respectivement, qui recouvrent la totalité des surfaces du substrat sur ses deux faces. Le substrat 12 peut titre toute matière autonome ou se supportant d'elle-m & e pouvant titre utilisée,pour les isolements électriques. De façon classique, on utilise pour l'isolement des encoches, des papiers épais formés de fibres vulcanisées, que l'on installe dans les encoches avant l'immersion dans un vernis ou un produit analogue. De tels papiers, ainsi d'ailleurs que des papiers vernis ou des nappes d'étoffe peuvent constituer également d'excellents substrats pour les rubans selon l'invention.Cependant, on peut également utiliser dans le mime but des pellicules ou étoffes synthétiques minces, par exemple en polyester, des papiers de mica, des nappes fibreuses tissées ou non-tissées, des combinaisons d'étoffe et de papier, des combinaisons d'étoffe, de papier et de pellicule, etc. les couches adhésives 14 et 16 peuvent autre identiques et, le plus fréquemment, elles le sont, mais elles pourraient également autre différentes. Ces couches doivent être non poisseuses au toucher et doivent autre ordinairement inertes à la température ambiante pour permettre ainsi de manipuler le ruban, le faire glisser en place et l'installer correctement avant de promouvoir un effet adhésif quelconque.L'adhésif expansible consiste essentiellement en un adhésif thermodurcissable, temporairement ramollissable par la chaleur, contenant des particules solides distribuées de façon homogène d'un agent soufflant ou porogène activé par la chaleur, dont la présence provoque l'expansion et le moussage de adhésif lorsqu'on chauffe ce dernier à une température à laquelle il établit une liaison thermodurcie. A ltétat sec, non-activé par la chaleur, l'adhésif doit être suffisamment flexible pour permettre le pliage et le façonnage du ruban sans écaillage ou séparation de l'adhésif du substrat. Lorsqu'on utilise le ruban dans des installations-électriques, l'adhésif doit également être non-corrosif pour le cuivre et peut également être lui-même un isolant, ce qui confère un nouvel avantage à l'emploi du produit dans le domaine de construction d'appareils électriques. La composoition de l'adhesif comprend essentiellement un adhésif thermodurcissable (ingredient principal) et un agent porogène de l'adhésif (ingredient secondaire). L'agent porogène est de préférence sous forme de particules sèches, le plus souvent solides mais il peut également être constitué de capsules microscopiques,de gouttelettes liguides enfermées dans des enveloppes solides qui se rompent sous l'effet de la chaletu, ou encore sous une autre forme sèche qui convient pour uli emmagasinage prolongé et qui est maniable. Ces particules représentent environ de 1 à 1 C % en poids du total de l'adhésif sec.Bien qu'on puisser utiliser plus de 10 % d'agent porogène, le degré d'expansion de -'adhésif pendant son durcissement par le chaleur n'est par améliorer par l'incorporation de cette quantité accrue de l'gent porogène de façon suffisante pour justifier l'utilisation de cette quantité accrue de l'agent (s'est-à-dire l'emploi de plus qde 10 % de l'agent porogène). Les couches adhésives doivent dtre telles que l'e7pan- sion soit comprise entre environ 2 et 5 fois l'épaisseur de la cou che initiale, lors de son durcissement thermique ; pratiquement l'épaisseur de l'adhésif dans le revêtement doit autre d'au moins 50 microns environ.Bien que les couches d'adhésif puissent autre plus minces que cette valeur, le moussage ou l'expansion sera alors notablement réduit pendant le traitement thermique. Pour conférer à ce ruban une durée de stockage suffisamment longue ou même illimitée, dans les conditions normales d'emmagasinage dans un entreptt, d'expédition et de stockage, on doit choisir des adhésifs thermcdurcissables dont les températures de durcissement sont égales ou supérieures à 1000C et on préfère les produits qui durcissent entre 150 et 2000C. On doit également choisir des adhésifs dont les températures de dégradation sont plus élevées que les températures de façonnage des appareils électriques dans lesquels les rubans seront incorporés. Les exemples suivants, dans lesquels les parties et les pourcentages sont en poidS servent à illustrer l'invention sans aucunement en limiter la portée. Exemple 1. On prépare une composition adhésive à partir des ingrédients suivants Ingrddient Parties Résine époxy comprenant un éther diglycidylique de bisphénol-A dont le poids équivalent d'époxyde est compris entre 290 et 355 et dont le point de fusion est de 40 à 450C ("Epon 836") 110,5 Copolymère d'épichlorhydrine et de bisphénol-A dont la structure moléculaire est de formule ("Balkelite phénoxy PAHJ") N#100 12.3 Dihydrazide d'isophtalyle 17,2 Azodicarbonamide ("Cellogen AZ") 7,0 Ethylglycol méthylique (2-méthoxyéthanol) 72,3 le dihydrazide jou le rtle d'un agent de durcissement thermoactivable pour la résine époxy.Cette résine est habituellement une matière semi-solide de sorte que le copolymère joue le rôle d'un véhicule pour la résine époxy afin d'établir une surface non-poisseuse de l'adhésif avant son durcissement. L'éthyl-glycol est simplement un solvant pour la résine époxy et pour le copolymère d'épichlorhydrine dont le but est de faciliter l'enduisage du substrat avec cet adhésif pendant la fabrication du ruban. l'azo- dicarbonsmide n'est que l'un des nombreux agents porogènes azoteux qui dégagent de l'azote gazeux à une température de plus de 1500C afin de provoquer ainsi le moussage de l'adhésif par activation thermique et, par voie de conséquence, l'expansion et le durcissement de l'adhésif époxy. le dihydrazide (agent de durcissement de la résine époxy) et 1'azo-dicarbonamide (agent porogène) sont tous deux des particules solides et sont incorporés par mélange dans la solution à l'aide d'un mélangeur à grande vitesse de sorte que les particules sont réparties de façon homogène dans le produit lors de son application sous forme d'un enduit sur le substrat. On chauffe la résine époxy et une partie de l'éthyl-glycol (environ un tiers) à environ 650C, puis or. les mélange et on obtint ainsi un liquide facilement versable. le stade suivant consiste à incorporer le copolymère d'épichlorhydrine dans le restant de l'éthyl-glycol, opération que l'on exécute avec une agitation vigoureuse dans un mélangeur à grande vitesse. On combine ensuite l'époxy et l'épichlorhydrine liquides dans un mélangeur. On incorpore par malaxage le dihydrazide et l'azo-dicarbonamide dans la charge et on transfère cette dernière dans un broyeur de peinture dans lequel on broie le produit jusqu'à l'obtention d'une bouillie uniforme. On peut à ce stade appliquer cette bouillie sur le substrat.Si on laisse le produit au repos avant l'enduisage, on doit reformer une suspension dans un mélangeur à palettes ou dans un appareil analogue pour assurer la dispersion homogène des particules d'azodicarbonamide et de dihydrazide. A l'aide d'un couteau on applique la bouillie ainsi obtenue ur les deux faces d'un papier de fibres vulcanisées (0,2 mm d'épaisseur) et on effectue cet enduisage jusqu'à l'établissement d'une épaisseur (à l'état sec) qui est d'environ 0,07 mm sur chaque face. On élimine le solvant du ruban par séchage à une température d'environ 125 C et pendant une durée d'environ 5 minutes. Après sa formation, utilise ce ruban pour garnir les encoches d'un induit d'un moteur de démarrage (similaire à celui qui est représenté sur les figures 3 à 5 du dessin) comportant un noyau métallique 20 dans la surface duquel débouchent des encoches 22. On place le ruban 10 dans les encoches 22, de la façon indiquée sur la figure 4, et on fait glisser de façon liche les conducteurs 24 de l'enroulement dans les encoches de manière à recouvrir le ruban. On chauffe l'induit dans un four à circulation d'air à une température d'environ 1800C pendant une heure, de sorte que le ruban gonfle et durcit thermiquement pour remplir entièrement l'en- coche 22. Comme on peut le voir sur la figure 5, les couches adhésives 14 et 16 du ruban qui ont été gonflées par l'effet porogène de l'azo-dicarbonamide pendant le thermodurcissement lient solidement le ruban contre les parois de l'encoche de l'induit et bloquent solidement les conducteurs 24 en position fixe dans les encoches. Exemple 2 On prépare de la façon indiquéeci-dessous une composition d'adhésif que laDemanderesse préfère en raison de son aptitude à l'enroulement en un rouleau sans avoir à utiliser de couches intercalaires Ingrédient Rarties lésine époxy, qui est un éther diglycidylique liquide de bisphénol-A ayant un poids équivalent d'époxyde de 185 à 1?2 4C Polyamide soluble dans les alcools aliphatiques formé d'acide setaclque, d'acide adipique, d'acide #-aminosaproïque et de 1,6-hexane-diamine 60 Dicyardiamide (agent de durcissement de la résine époxy) 4 Dinitro-pentaméthylène-tétramine (agent porogène sur une charge céramique finement divisée 5 Solvant (éthanol/eau 90/10) 18C Il s'agit là de la composition adhésive que la Demanderesse préfère à l'heure actuelle car ce produit sèche en un état inerte, non-poisseux et non-bloquant, grace à quoi on peut enrouler le ruban en un rouleau simplement avec les couches adhésives en contact mutuel sans couches intercalaires de papier, de pellicule, etc. On disperse le dicyandiamide et l'agent porogène dans la résine époxy sur un broyeur à peinture. On dissout le polyamide dans le solvant par l'action de la chaleur (65 à 90 C) le solvant étant sous reflux et avec agitation. Après refroidissement de la solution de polyamide, on la mélange avec la résine époxy dans laquelle ont été dispersés les ingrédients solides. On peut enduire le substrat avec cet adhésif aussitôt après sa formation. Si l'on préfère cependant laisser l'adhésif en magasin pendant une brève durée, par exemple une journée, il faudra le chauffer de nouveau dans un récipient clos afin de liquéfier encore une fois l'enduit. Le polyamide, qui est lui-même thermoplastique, réagit avec la résine époxy pour former une partie de la masse thermcdurcie quand l'adhésif est dans son état thermodurci. Il sert également à munir l'adhésif à l'état non-activé d'une surface non-poisseuse et d'aspect solide. On mélange la composition adhésiveidans un mélangeur à grande vitesse de manière à forn:er une solution uniforme dans laquelle les ingrédients solide, à savoir l'agent de durcissement et l'agent porogène, auront été dispersés de façon sensiblement homogène dans toute la masse de l'adhésif. On utilise un couteau pour enduire avec cet adhésif un papier de fibres vulcanisées ayant 0,2 mm d'épaisseur de manière à obtenir sur chaque surface du papier une épaisseur sèche d'adhésif de G,O7mm. Après avoir fendu le ruban, on l'enroule er lzl rouleau sans interposer de couches intercalaires. Cn fait alors mousser des parties du ruban en les plaçant dans des encoches d'un induit et en chauffant cet induit pendant une heure dans un four à circulation d'air à une température d'environ 1800C. es mesures montrent que l'adhésif, après moussage, atteint une épaisseur triple de celle qu'il avait avant le thermodurcissement. Après thermodurcissement de l'adhésif, on constate que les conducteurs sont liés de façon solide et permanente dans les encoches. En fait, la liaison entre l'adhésif, la paroi de l'induit et les conducteurs est suffisamment; résistante pour que toute tentative d'arracher les conducteurs des extrémités des encoches à l'aide d'une tenaille ne résulte qu'en une cassure des conducteurs (les conducteurs ont une section transversale rectangulaire de 1,6 x 0,8 mm). Des résistances de liaison de cet ordre de grandeur sont assez surprenantes avec un adhésif en forme de mousse. On peut préparer desrubans convenables avec d'autres adhésifs activables par la chaleur qui gonflent par chauffage en un adhésif cellulaire. On indique ci-dessous deux compositions appropriées de tels adhésifs, la première concernant un adhésif à base d'une résine siloxane alors que la seconde est un adhésif à base d'uréthane. Formule I Ingrédient Parties Solution à 55 % de méthylphénylsiloxane dans un solvant hydrocarboné aromatique 100 p,p'-oxy-bis-(benzène-sulfonyl-semicarbazide), agent porogène 2,5 Silice colloidale pyrogène (agent d!'paississe ment) 1,5 Solution d'octante de zirconium d'r- des essences minérales (la solution contiens 6 de sirc'onium') 4 On prépare cette composition de Ta meme façon que dans l'exemple 1. Formule II Ingrédient Parties Polyuréthane élastomère d'acide adipique, de 1,4-butane-diol et de di-isocyanate de méthylène 15 Résine époxy, étherdiglycidylique liquide de bis phénol-A ayant un poids équivalent d'époxyde de 185-192 0,5 Dicyandiamide 0,2 Dinitroso-pentaméthylène-tétramine sur une charge céramique finement divisée 0,8 Diméthylformamide (solvant) 20 On prépare cette composition de la même façon que celle de l'exemple 2. D'autres compositions équivalentes sont à la portée de l'homme de l'art. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif, et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de son cadre. - - - - REVENDICATIONS 1. Ruban adhésif activable par la chaleur, normalement nonpoisseux, comprenant un substrat et un enduit d'adhésif sur une surface du substrat, caractérisé par le perfectionnement selon lequel le substrat du ruban porte des couches adhésives sur les deux faces, au moins l'une desdites couches adhésives, et de préférence les deux, comprenant un adhésif activable par la chaleur qui gonfle de manière à former un adhésif cellulaire après son activation par la chaleur, de sorte que le ruban subit une expansion considérable au-delà de son épaisseur normale. 2. Ruban selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche adhésive expansible comprend une résine sèche thermodurcissable dans laquelle sont distribuées des particules d'un agent porogène solide. 3. Ruban selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'adhésif expansible est une résine époxy et lesdites particules sèches sont des particules d'un agent porogène azoteux qui gonflent lorsqu'on chauffe le ruban pour activer l'adhésif. 4. Ruban selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'adhésif expansible est un adhésif à base d'un élastomère d'uréthane. 5. Ruban selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'adhésif expansible est un adhésif à base d'une résine siloxane.