Brevet FR2060419A1 — publié le 19710618

La présente invention est relative aux conducteurs électriques éinaillés lubrifiés, plus spécialement sous forme de fils destinés à être bobinés par des machines automatiques. Il est connu de fabriquer des fils et des conducteurs électriques similai-5 res revêtus d'un émail pour fil convenable. Cet émail peut être un email oléo-résineux entier, un émail polyester modifié à l'huile, ou un émail polyester-amide-imide, suivant la sévérité des conditions d'emploi finales prévues ou le prix acceptable ou imposé pour obtenir le résultat désiré. L'émaillage est réalisé dans une tour où le fil ou le conducteur plonge 10 dans de l'émail liquide, passe ensuite dans une filière ou entre deux rouleaux ou autre dispositif permettant de recouvrir le fil ou conducteur de la quantité désirée d'émail liquide. Le fil remonte ensuite dans un four chauffé soit à l'électricité soit au gaz, d'une hauteur de 2 à 8 mètres où les solvants sont évaporés tandis que la couche d'émail est cuite sur le fil, puis il passe sur 15 une poulie et replonge à nouveau dans l'émail liquide. La pratique courante consiste à appliquer ainsi de quatre à cinq couches successives d'émail sur le fil, chaque couche étant cuite avant l'application de la suivante. De cette façon, on obtient, par exemple, un fil émaillé convenant a la fabrication des stators de moteurs électriques de moins d'un CV à l'aide d'une machine à bobiner auto-20 matique verticale. Dans une telle machine le fil émaillé est soumis à une forte usure et à des forces de tractions importantes. Il est possible d'utiliser le fil émaillé tel quel, sans le lubrifier, mais dans ce cas, il est nécessaire soit de bobiner à faible vitesse, soit d'admettre un pourcentage assez élevé de rebut. 25 II est courant d'appliquer de l'huile minérale sur le fil émaillé lorsqu' il quitte la tour d'émaillage bu lorsqu'il entre dans la machine à. bobiner. Cela entraîne des problêmes d'installation et d'entretien ainsi que le remplissage périodique d'un applicateur de lubrifiant. On obtient de cette façon des résultats un peu meilleurs par rapport à une utilisation de fil sans lubrifiant et 30 il arrive parfois que l'huile minérale n'est pas compatible avec le vernis qu'on désire appliquer sur l'enroulement statorique. Un des buts de la présente invention est de fournir un conducteur électrique dont la surface entaillée possède un coefficient de frottement tel que lorsqu'il se présente par exemple sous forme de fil, il peut être bobiné à grande 35 vitesse dans une machine automatique tout en limitant les dommages causés par l'usure à un minimum acceptable. Suivant la présente invention un conducteur électrique émaillé lubrifié est constitué d'un matériau conducteur recouvert extérieurement d'un isolant sous forme d'énail résineux possédant sur sa surface extérieure des particules Uo d'un polyéthyl-vne ayant une gravité spécifique d'au moins 0,950, un poids 70 32227 2 2060419 moléculaire représenté par une viscosité de fusion d'au moins 50 centipoises et un index de fusion d'au moins 6, les dites particules en forme de sphéroles étant en moyenne d'un calibre de moins de 50 microns dans n'importe quelle direction. 5 L'invention sera mieux comprise en se référant à la description qui va sui vre et aux dessins annexés. Sur ces dessins: - La figure 1 représente un conducteur électrique isolé fabriqué suivant la présente invention et 10 - La figure 2 est un tableau synoptique des diverses phases du procédé selon l'invention. La figure 1 représente un conducteur électrique isolé 2 constitué par un conducteur électrique central ^, pouvant être en fil de cuivre AWG No.18 ou semblable et par un revêtement extérieur 6 comprenant un isolant sous forme d'émail 15 résineux convenable, tel que les acétates vinyles, le polyamide aromatique, l'e-poxy, le polyuréthane ou le polyester. Comme expliqué ci-après, la couche de revêtement 6 possède à sa surface extérieure des particules de polyethylène ayant une densité de 0,97, c'est-à-dire m polyéthylène du genre décrit dans le brevet américain No. 3 330 68U. Ce genre de polyéthylène, de même que d'autres types de 20 polyéthylène, sont incompatibles avec le produit d'isolation à base d'émail résineux de la couche 6. De ce fait, le polyéthylène, lorsqu'il est ajouté sous forme d'une fine dispersion, se porte à la surface extérieure de la couche 6 et sert ainsi de lubrifiant. Bien qu'il soit possible dans certains cas d'utiliser une quantité de polyéthylène de densité de 0,97 telle qu'il se forme sur la sur-25 face extérieure de la couche de revêtement 6, une fine couche continue, il n'est pas indispensable pour la misé en oeuvre de l'invention qu'il en soit bien ainsi. Au contraire, dans la majorité des cas, la quantité de polyéthylène utilisée est juste suffisante pour former une couche uniforme mais excessivement mince, sur la surface extérieure de la couche 6. Vu l'extrême finesse de cette couche de 30 polyéthylène (estimée à 0,2 jusque 1 % de l'épaisseur totale du film isolant) celle-ci n'est pas représentée sur le dessin de la figure 1. Les gens de métier constateront cependant, qu'une amélioration sensible est obtenue par rapport aux résultats obtenus sans utiliser de lubrifiant du tout, même si la quantité de polyéthylène de densité ""est si faible que sa répartition ne se fait pas unifor-35 mément, mais par plaques réparties sur la surface extérieure 6 du conducteur isolé 2. Toutefois, suivant une manière préférée de mise en oeuvre de l'invention, le conducteur est enrobé d'un isolant à base d'émail résineux contenant une quantité adéquate de polyéthylène ayant une densité de 0,97, c'est-à-dire de 0,2 à 2 % en poids, de manière à former un revêtement uniforme convenable, mais Uû très mince de polyéthylène sur la surface extérieure du conducteur isolé 2 ' J) ' 70 32227 3 2060419 pendant la phase de cuisson de l'email comme explique ci-après. Sur la figure 2 qui représente un tableau synoptique du procédé suivant l'invention, du polyéthylène, de l'huile d'abrasin et un hydrocarbure, qui sont les matières premières nécessaires pour la dispersion utilisée pour la mise en 5 oeuvre du procédé suivant l'invention, sont mentionnées respectivement dans les cadres 8, 10 et 12. » Le polyéthylène doit, suivant l'invention, être du genre décrit dans le brevet No. 3 330 68U et posséder une très haute densité (environ 0,97 gr par •- 3 ' . ^ v ^ ^ ^ y cm ), le dit polyéthylène étant également caractérisé en ce qu'il se présente 10 sous forme de sphérules dendritiques de polyéthylène ayant une densité d'au moins 0,950, m poids moléculaire indiqué par une viscosité de fusion d'au moins 50 centipoises et un index de fusion d'au moins 6, les sphérules ayant un calibre moyen de moins de 50 microns. Un matériau adéquat répondant aux critères ci-dessus'est vendu dans le commerce par la firme "UNION CARBIDE C0RP0RA-15 TI0N" sous la désignation "Bakélite Polyolefin CPR-1". L'utilisation d'autres polyéthylènes au lieu de celui décrit ci-dessus, n'est pas prévue dans l'invention vu que ceux-ci ne présentent pas un coefficient de frottement aussi bas . que celui obtenu avec le polyethylène décrit. Bien que l'on ait mentionné dans le cadre 10 de l'huile d'abrasin, il faut 20 noter que dans certains cas une autre huile non saturée à longue chaîne et des huiles sicatives peuvent être utilisées. L'hydrocarbure mentionné au cadre 12 est une fraction bouillant à environ 110-250°C. Diverses sortes d'huile, huile minérale, alcools minéraux ou produit solvant à base d'hydrocarbure peuvent être utilisés. Parmi eux, il faut mention-25 ner particulièrement la fraction d'hydrocarbure aromatique bouillant entre 15U-177°C à pression atmosphérique., et qui est vendu sous le nom de "Solvesso 100". Parmi d'autres solvants pouvant également être utilisés, il faut noter le xylè-ne, le toluène, le diisobutyle cétone, le "Solvesso 150", le "Varsol", l'huile "Magie 535", l'huile "Magie U70" et le "Minerai Spirits 1609-2". 30 Le cadre 1U du tableau synoptique représente le stade où les composants des cadres 8, 10 et 12 sont mélangés dans des proportions convenables. Ces propor7 tions ne sont, pas particulièrement critiques. Dans le présent cas, le mélange comporte 1 partie en poids de polyéthylène et 1 partie en.poids d'huile d'abrasin mélangées ensemble, avec 2 parties en poids d'hydrocarbure. On peut égale-35 ment utiliser it- parties en poids de polyéthylène, 1 partie d'huile d'abrasin et 8 parties d'hydrocarbure. Dans chaque cas, après chauffage à environ 120-130°C, on obtient une solution transparente de polyéthylène dissout. C'est l'étape 16 du processus. L'étape 18 suivante consiste à refroidir rapidement le polyéthylène dissout U0 dans des conditions très brusques pour-provoquer la dispersion. Ce résultat est 70 32227 2060419 obtenu par exemple par refroidissement dans un moulin à trois -rouleaux refroidi par eau ou en plaçant un petit réservoir de solution chaude dans un bain de glace tout en maintenant la solution en mouvement par un agitateur 1 grande vitesse. On peut utiliser un mélangeur ou un appareil de dissolution de Covles. 5 Sans que cela soit indispensable, il est préférable de passer par un stade 20 où -une grande quantité, environ U parties en poids d'hydrocarbure à température ambiante au minimum pour une partie en poids de solution, est ajoutée rL la solution chaude de polyéthylène dissout, en l'agitant rapidement. Comme indiqué par le pointillé 22, et comme expliqué dans la description des diverses r.aniè-10 res de mener a. bien l'étape 18 suivante, le stade 20 est facultatif, mais a l'avantage d'éviter l'obligation de travailler avec de petites quantités, de prévoir de grandes quantités de glace, ou d'utiliser un matériel coûteux de refroidissement par eau. L'étape 2b consiste à prévoir une préparation d'émail liquide du genre de celui qui est appliqué et cuit sur un fil conducteur, généralement 15 en plusieurs couches, pour obtenir un isolant en émail résineux. On connaît un grand nombre de préparations d'émail liquides dont la plupart, jusqu'à présent ont été utilisées soit en n'étant pas lubrifiées, soit en l'étant, comme mentionné ci-dessus, avec de l'huile minérale, du "nylon" en solution ou en suspension, du silicone, ou une suspension de polyéthylène d'un genre différent de ce-20 lui suivant l'invention, ayant une densité de 0,37- Parmi les types connus de préparations d'émail pour fil, il y a les acétales de poiyvinyle, les polyamides aromatiques, les epoxy, les polyuréthanes et les polyesters. Des résultats particulièrement favorables peuvent être obtenus par l'utilisation d'un émail pour fil à base d'un ester polymeric-amide-imide mélangé avec un isocyanate ester-25 uréthane comme expliqué dans la demande US. Uo. 730 833 du 21.5.58. Au stade 26, la dispersion qui a été effectuée au stade 1C est mélangée avec la préparation d'émail liquide de l'étape 2k en utilisant une petite quantité, par exemple entre 0,2 et 2 % en poids de la dispersion. A l'étape 30, le produit obtenu au stade 1 G, est appliqué et cuit sur un 30 conducteur amené d'une bobine alimentaire 28. Ce conducteur peut être du fil de cuivre A WG îîo. 18. Comme décrit ci-dessus par rapport aux procédés connus, l'é- ' tape de cuisson s'effectue dans me tour d'émaillage de manière que le conducteur, venant de la bobine alimentaire 2fi soit soumis à plusieurs passages successifs, une petite couche de la préparation d'émail contenant la dispersion étant 35 appliquée sur le fil et cuite ensuite pendant la montée dans la tour d'émailla-• Un avantage particulier de la présente invention réside en ce que les étapes décrites ci-dessus permettent de fournir un fil ou conducteur électrique recouvert d'un isolant en émail résineux spécialement adapté pour être utilisé U0 dans un équipement de bobinage automatique sans qu'il soit nécessaire d'appliquer BAD ORIGINAL COPY 70 32227 2060419 sur sa surface énaillee, un lubrifiant quelconque soit lorsqu'il sort de la tour d'énaillage soit lorsqu'il entre dans la machine £ bobiner. Au contraire, le polyéthylène de densité de 0,97 étant incompatible avec les autres composants de la préparation d1 email et se présentant sous forme finement divisée, se dé-5 place pendant l'opération de cuisson, vers l'extérieur de la couche d'email du fil. II sert alors de lubrifiant dont les projjriétés relatives au coefficient de frottement surpassent celles des autres lubrifiants déjà utilisés, par exemple l'huile minérale, le "nylon" ou les divers polyéthylènes. L'étape 32 est représentative d'une utilisation en vue de laquelle on a 10 développé les propriétés ci-dessus. L'invention est illustrée ci-dessous par divers exemples. Exemple I On fait une dispersion en mélangeant 50 grammes de polyéthylène de densité de 0,97 (tel que celui vendu par la firme "tOIOIT CAREIDE CORPORATION sous la 15 marque "Bakélite- CPR-1") 50 grammes d'huile d'abrasin et 100 grammes de "minerai spirits 160 £-2", c'est-à-dire une fraction de distillation de pétrole ali-pàatique bouillant entre 152"175°C ;1 pression atmosphérique. Le mélange est chauffé S. environ 125°C, en étant agité, jusqu'à obtention d'une solution homogène, ce qui ne prend que quelques minutes. 20 On place dans un mélangeur, 450 grammes de la dite fraction de distilla tion de pétrole alipliatique à température ambiante. La solution chaude est ajoutée lentement, sur une période de plusieurs minutes, tandis que l'agitateur est en mouvement. Il en résulte un refroidissement, rapide de la masse fondue chaude dans des conditions très brusques et il se produit une-dispersion de polyéthy-25 ièr.e de densité spécifique de 0,97 dans un milieu tel que la. dispersion peut être ajoutée sans risque- d'un résultat malencontreux pour la préparation d'émail liquide. On réalise une préparation d'émail liquide u. laquelle la dispersion mentionnée ci-dessus peut être ajoutée. Pour y arriver, on peut suivre la procédure 30 de l'exemple hQ de la demande US I.'o. 730 C33 du 21.5.^6. Il suffit d'indiquer ici que la préparation d'émail ai:;si réalisée peut, sur la base au pourcentage en poids des solides contenus, se. composer d'environ •*C * d'un polyester-amide-imide obtenu par réaction d'anhydride triméllitique avec un peu de glycol éthy-lèr.e, suivie par la réaction d'anhydride triméllitique supplémentaire avec de 35 la :.i-phenylénedianiine, de 32,3 % d'un produit polyester obtenu par la réaction d'un anhydride triméllitique avec un glycol éthylène; 20 % d'un agent médiateur obtenu par la réaction de Immole de déisocyanate tolylène avec deux moles de té-réphtalate diméthyle, bloquée en finale avec 2 moles de tris-(2-hydroxy-éthyl)-isocyar.ate; de k,6 de résine phénolique obtenue par la réaction de crésol et Uo de formaldéhyde; et de 2,5 1= de titane tetraisopropyle comme catalyseur, le tout COPYj SAD QRIG|NAL 70 32227 6 2060419 ' étant en suspension ou dissout dans un mélange approprié de solvant (acide cré-sylique) et de diluant (fraction de distillation de pétrole aromatique bouillant à pression atmosphérique entre 160 à 177°C, tel que vendu, dans le commerce sous le non de "Solvesso 100") de manière à avoir, à température ambiante une viscosi-5 té d'environ 8 poises. La dispersion est ajoutée à la composition d'émail en quantité telle que le polyéthylène de densité 0,97 contenu, s'élève i 1 ,î en poids des solides du mélange final. La préparation d'émail, contenant le polyéthylène est alors utilisée pour 10 recouvrir du fil de cuivre AWG Iîo. 18 dans une tour d'émaillage de H,5 m travaillant a une température de point chaud de U00°C et avec une vitesse de défilement de 6,6 m par minute. Le fil est soumis à six passages dans la préparation d'émail, passant immédiatement après à travers une filière qui laisse sur celui-ci une couche non cuite d'environ 0,03 mm d'épaisseur. De là, le fil monte à tra-15 vers la tour pour assurer la cuisson du revêtement. De la tour d'émaillage, sort un conducteur recouvert d'un isolant résineux polymérisé d'environ 0,075 ie d'épaisseur. Le coéfficient de frottement du fil émaillé ainsi produit est alors essayé car il donne une bonne indication des performances offertes par le fil lcrsqu' 20 il est bobiné sur un noyau au moyen d'une machine à bobiner automatique. Le coéfficient de frottement est déterminé une première fois sous un poids de 230 grammes et une deuxième fois sous un poids de 31,5 grammes. Du fil émaillé avec la préparation d'émail contenant le polyéthylène à densité de 0,97 et fabriqué comme décrit ci-dessus, présente un coéfficient de frottement de 0,0^3 lors de 1' 25 essai sous un poids de 230 grammes et de 0,063 lors de l'essai sous un poids de 31,5 grammes. Par comparaison, un fil émaillé avec la même composition mais où la phase de l'addition de la dispersion de polyéthylène de densité de 0,97 a été omise, les coefficients de frottement atteignent respectivement les valeurs de 0,12 et 0,136. Cela veut dire que lorsque le fil est traité suivant l'inven-30 tion, son coéfficient de frottement vaut de 30 à 50 % de celui d'un fil émaillé avec une préparation identique mais sans polyéthylène et sans utilisation d'un autre lubrifiant (par exemple avec de l'huile minérale). De plus, ce résultat est- obtenu sans passer par une phase séparée d'application d'un lubrifiant. Par comparaison avec un fil de bobinage lubrifié avec du silicone ou du "nylon", en 35 passant par une phase séparée d'application de lubrifiant et nécessitant un é-quipement correspondant, le fil produit suivant l'exemple ci-dessus présente un coéfficient de frottement sensiblement plus bas. Des essais de mise en oeuvre de l'invention sur 'me tour d'émaillage de 12 mètres, ont mis en évidence 1'amélioration de l'action de lubrifient obtenue par Uo le procédé décrit. Le fil émaillé venant ae la tour est enroulé sur une bobine. BAD ORIGINAL C0PY 70 32227 2060419 la bobina £;ossède une partie centrale cylindrique d'environ .150 asî de long et le3 flasque.; :l'e:-:tr-'rrdtô d'environ 300 mm de diamètre. Le fil émaillé passe presque toujours de la tour sur la bobine par l'intermédiaire d'une poulie, en restant dans une zone d'environ 50 mm de large, au milieu ce la bobine et er. formant ur: bourrelet pouvant atteindre ,]'usqu'1 50 et nêr.:e 75 sim d'épaisseur, sans qu'un étalement ne se produise sur le reste de la largeur de la bobine. Avec la présente invention, on observe cependant qu'il n'y a pas de formation d'un bourrelet au centre de la bobine mais que, au contraire, le fil émaillé se répartit de lui-même pratiquement sur les 150 mm de largeur de la bobine. Exemple II L'exemple I est repris, sauf qu'une préparation d'émail différente est utilisée, c'est-à-dire celle de l'exemple V de la demande US Uo. 5^5 402 du 28.7-69. Il suffit de dire, pour décrire cette préparation, qu'elle comporte les composants suivants, en p0urcer.ta.3e en poids de solides contenus: 33 1/3 7- de poly-ester-amide-imide obtenu par réaction de l'anhydride triméllitique avec du gly-col éthylène et de l'acide isoï)htalique et par la réaction ultérieure d'anhydride triméllitique supplémentaire avec de la méthylènedianiline; 33 1/3 d'un polyester obtenu par la réaction de l'anhydride triméllitique avec du glycol éthylène et de térephtalate diméthyle et 33 1/3 ^ d'un agent médiateur obtenu par la réaction d'1 mole de tércphthalate diméthyle avec 2 moles de glycol éthylène, mis en réaction ensuite avec 2 moles de déisocyanate de tolylène et piis bloqué en finale avec de l'acide cresyiique. Lors d'essais pour la détermination du coéfficient de frottement du fil émaillé, on a trouvé des valeurs de û,0)>3 et 0,0gc respectivement sous des poids de 230 grammes et de 31,5 grammes. Une fois de plus, les valeurs obtenues sont très bonnes par rapport 1 celles obtenues avec un fil émaillé avec une préparation identique nais sans addition de poly-ethylène de densité de 0,97- Exen^le TTX On reprend l'exemple I sauf en ce qui concerne la dispersion qui est réalisée en utilisant un moyen de propagation différent avec des proportions quelque peu différentes. On mélange d'abord cC grammes de polyéthylène le densité de 0,91, 20 grammes d'huile d'abrasin, et 1o0 grammes d'une fraction de distillation- de pétrole bouillant à pression atmosphérique à 1o0 - 177°C, tel que le produit vendu dans le commerce sous le nom de ''Solvesso 100". Le mélange est chauffé à 125°C pour produire une fusion. La même fraction de distillation de pétrole (900 grammes à température ambiante) est placée dans un appareil de dissolution de Covles travaillant à 3000 tours par minute et on ajoute le mélange fondu au cours d'une période de plusieurs minutes en laissant tourner l'appareil de Covles, de manière qu'une dispersion se produise par un refroidissement rapide sous des conditions brusques. La dispersion ainsi obtenue est utilisée comme dans l'exemple I, avec les mêmes résultats. .BAD ORIGINAL, ° 7. . ^ ' - ' ' £~ L— £_ i RIVEKDICATIOIJS. 1. Conducteur électrique émaillé lubrifié, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un matériau conducteur recouvert extérieurement d'un isolant en émail résineux dont la surface extérieure possède des particules de polyéthylène ayant 5 une densité spécifique d'au moins 0,950, un poids moléculaire indiqué par une viscosité de fusion d'au moins 50 centipoises et un index de fusion d'au moins 6, les dites particules étant en forme de sphérules d'un calibre moyen de moins de 50 microns dans n'importe quelle direction. 2. Conducteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau 10 conducteur est un fil métallique revêtu d'un isolant en émail résineux, les particules de polyethylëne étant uniformément réparties à la surface extérieure du dit isolant. 3. Conducteur suivant la revendication 2, caractérise en ce que l'émail résineux est un polyvinyl acétale, m polyamide aromatique, un epoxy, un polyurétha- 15 ne ou une résine polyester. U. Corçosition d'émail résineux isolante destinée à être appliquée sur la surface d'un matériau conducteur caractérisé en ce qu'il est constitué de 98 à 99,8 % en poids d'un émail résineux liquide, isolant électrique et polymerisable à chaud, de 2 à 0,2 % en poids d'une dispersion consistant principalement de 1 à 20 2 parties en poids d'un polyethylène ayant la forme et les propriétés revendiquées à la revendication 1,1 partie en poids d'une huile siccative non saturée à longue chaîne et de 2 à 30 parties en poids d'une fraction de distillation d' hydrocarbure bouillant entre 110-250°C. 5. Composition suivant la revendication U, caractérisée en ce que l'huile sic-25 cative non saturée à longue chaîne est l'huile d'abrasin. 6. Procédé de fabrication d'un fil métallique émaillé lubrifié suivant la revendication 2 ou 3 et particulièrement apte à être utilisé dans un appareillage de bobinage automatique, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: a) préparation d'un produit de dispersion constitué essentiellement de 1 à 2 30 parties en poids d'un polyethylène ayant la forme et les propriétés revendiquées à la revendication 1, de 1 partie en poids d'une huile siccative non saturée-à longue chaîne et de 2 à 30 parties en poids d'une fraction de distillation d'hydrocarbure bouillant entre 110-250°C - b) mélange de 2 à 0,2 ï en poids du dit produit de dispersion avec 98-99,8 % en poids d'un émail résineux liquide, iso-35 lant electrique et polymérisable à chaud. - c) l'application de la répartition d'émail pour fil avec dispersion ainsi obtenue et la polymérisation de celle- ci sur le fil métallique, grâce à quoi un produit lubrifié est obtenu sans passer par une étape séparée de lubrification.