Brevet FR2260661A1 — publié le 19750905

La présente invention concerne des produits cellulosiques, tels que le papier et, plus spécialement, un papier qui est extensible et présente des propriétés isolantes, qui convient pour isoler les spires d'un transformateur. Les produits cellulosiques sont dtlwn usage très répandu. Ils doivent souvent présenter des propriétés telles que flexibilité, ténacité et solidité. Par exemple, un produit cellulosique sous la forme de papier peut entre utilisé pour isoler le fil d'induction dans des transformateurs à bain d'huile et des enroulements de moteurs électriques0 Le papier isolant le plus couramment utilisé est du type kraft, Bien que ce type de papier soit généralement satisfaisant, il ne convient pas lorsqu'un mince isolant est nécessaire pour les fils d'enroulement et d'induction de configurations irrégulières. Dans ce cas, le papier tend à se décaler ou se déchirer lorsque la surface ou le fil métallique sur lequel il est enroulé est mis sous forme cintrée. Des produits cellulosiques qui sont flexibles, tenaces et solides peuvent être également utilisés dans d'autres applications. Par exemple,ils peuvent constituer des matières durables d'emballage et de décoration. Un produit cellulosique selon 11 invention est fabriqué en traitant une matière de base pour la rendre malléable, pour augmenter sa masse par unité de surface et augmenter ensuite sa masse par unité de volume jusqu'à ou au-delà de la densité de la matière de base, mais pas au point de provoquer une dégradation de la matière, c'est-à-dire au point de rendre la matière inutilisable dans le but voulu. La matière de base est rendue avantageusement malléable en la mouillant préalablement et en la traitant par une matière adhésive. La masse par unité de surface est augmentée avantageusement en pliant la matière traitée, puis en la comprimant pour augmenter la masse par unité de volume. Dans le cas du papier, une feuille de base est préalablement mouillée,traitée par un composé de crêpage, crêpée et calan drée. te produit résultant a avantageusement une masse spécifique comprise entre environ 0,80 et 1,2 g/cm3, une porosité déterminée au densimètre de Gurley comprise entre environ 1000 et 10 000 s, un allongement compris entre environ 10 et 40 %, une épaisseur moyenne comprise entre 0,0635 et 0,114 mm, une résistance à la traction dans le sens machine comprise entre 3,56 et 8,9 kg/cm, une résistance à la déchirure du bord de la feuille/dans le sens machine selon la méthode Finch comprise entre 4,54 et 11,35 kg, une ténacité comprise entre 0,) et 0,825 kgm/dm2, une résistance à l'éclatement selon la méthode Mullen comprise entre 1 1,75 et 3,5 kg/cm2, une surface lisse et la faculté d'épouser étroitement des surfaces irrégulières. Le papier produit présente une surface relativement lisse et peut épouser étroitement des surfaces irrégulières. Il est particulièrement intéressant comme matière isolante. Dans ce cas, il peut être enroulé autour du fil de bobinage ou dtin- duction, par exemple en couches bout à bots dans des transformateurs à bain d'huile, ou il peut être disposé à recouvrement en forme de C dans les bobinages de moteurs et dispositifs électriques. D'une façon générale, le procédé de fabrication d'un produit cellulosique selon l'invention consiste à mouiller préalablement, puis à mouiller une feuille de base cellulosique pour la ramollir en la mettant en contact avec un liquide présentant un pH sensiblement neutre, à mettre la feuille mouillée en contact avec un composé de crêpage, à enlever une partie du liquide cone!lu dan3 la feuille tout en élevant suffisamment la températuie pour pouvoir la plier, à réduire l'étendue de la feuille pour lui conférer une masse donnée, à comprimer la feuille et à obtenir un produit crêpé présentant une masse spécifique et une main qui sont au moins sensiblement identiques à celles de la feuille de base avant le crêpage et qui présente une surface relativement lisse et la faculté d'épouser les surfaces irrégulières. Plus spécialement, le procédé consiste à pré-humidifier et à mouiller une feuille de base cellulosique pour la ramollir tout en soumettant la feuille à une température comprise entre environ 1000 et le point d'eZullition de l'agent de ramollissement, à mettre la feuille mouillée en contact avec un composé de crêpage en une quantité suffisante pour que la feuille adhère à un rouleau de crêpage et quelle puisse être plissée par une raclette utilisée avec le rouleau, à enlever une partie du liquide de la feuille tout en élevant la température dans la plage comprise entre 490 et 880C suffisamment pour la rendre pliable, à réduire l'étendue de la feuille pour lui conférer une masse donnée, comprimer la feuille et obtenir un produitcrê- pé ayant sensiblement la même masse spécifique et la mime main que la feuille de base non traitée.A cet égard,il convient de noter que la masse spécifique est maintenue sensiblement à la même valeur que la matière de départ ou à une valeur supérieure par rapport à la valeur initiale de cette dernière. Toutefois, la main reste sensiblement la même dans certains cas et ,dans d'autres, elle est augmentée même si la masse spécifique reste sensi-blement la m8me, c'est-à-dire que le produit ainsi obtenu peut avoir une épaisseur moyenne qui varie de 0,0635 à 0,114 mm. Pour la mise en oeuvre du procédé, il est possible d'utiliser une grande diversité de composés de mouillage et/ou de ramornssement, à condition qu'ils présentent un pH sensiblement neutre. Des exemples de composés comprennent l'eau, des mélanges d'eau et de solvants miscibles à l'eau, comme les alcools primaires inférieurs comprenant les alcools méthylique, éthylique, propylique et butylique, etc. Comme pour les agents de ramollissement, il est possible dtuti1iser une grande diversité de composés de crêpage qui doivent être des matières affectant l'adhérence de la feuille de base au rouleau de crêpage tout en permettant de plisser ladite feuille au moyen d'une raclette coopérant avec le rouleau de crêpage. D'une façon générale, de telles matières de crêpage comprennent des matières adhésives naturelles et synthétiques qui n'affectent pas nuisiblement les propriétés du produit final. Des exemples de composés de crêpage comprennent la caséine, des colles d'origine animale, l'amidon, la dextrine, la carboxy-méthyl-cellulose, etc. Cependant, le composé préféré de crêpage est la carboxy-méthyl-cellulose seule dont les propriétés sont analogues à celles de la feuille cellulosique. Pour mettre en oeuvre le procédé, la feuille traitée peut être comprimée dans une plage de pressions relativement grandes, mais elle doit î'atre à des pressions qui sont suffisantes pour maintenir sensiblement l'épaisseur moyenne initiale de la feuille de base, tout en conservant dans le produit final sensiblement la même densité que-celle!de la feuille de base initiale ou en augmentant la densité au-dessus de sa valeur initiale. A cet égard, il est possible d'appliquer les pressions comprises entre 35,6 et 106,8 kg/cm et, de préférence, comprise entre 53,4 et 89 kg/cm. Les produits cellulosiques selon l'invention peuvent être réalisés à partir d'une grande diversité de matières de départ connues. D'une façon générale, ces matières de départ comprennent des papiers connus, outils soient préparés par la méthode à forme ronde ou de Fourdrinier, à condition que la matière de départ présente une densité d'environ 0,9, une épaisseur comprise entre 0,0635 et 0,114 mm et qu'elle puisse être crêpée. En outre, bien que lton préfère des papiers contenant des fibres naturelles, ceux renfermant des fibres synthétiques ou des mélanges de fibres à la fois naturelles et synthétiques peuvent être utilisés à condition qu'ils 'affectent pas nuisiblement les propriétés physiques et électriques désirées. Par conséquent, il est évident qu'à cet égard l'expression "matière cellulosique englobe des matières contenant des fibres naturelles et synthétiques ainsi que des mélanges de ces dernières. Bien qu'un produit cellulosique selon l'invention possède des propriétés physiques comprises dans les grandes plages susmentionnées, des caractéristiques préférées comprennent une masse spécifique comprise entre 0,90 et 1,0 g/cm3, un allongement compris entre environ 15 et 30 %, une résistance à la traction dans le sens machine comprise entre 4,45 et 8,01 kg/cm > une résistance à la déchirure du bord de la feuille dans le sens machine selon la méthode Finch comprise entre 6,8 et Il 11,3 kg,- une ténacité comprise entre 0,375 et 0,825 kgm/d et une résistance à l'éclatement selon la méthode Mullen comprise entre 2,1 et 7,15 kg/cm2.Toutefois, il convient de noter qu'un produit approprié est obtenu lorsque la masse spécifique est supérieure à 0,80 g/cm3 et, de préférence, supérieure à 9,95 g/cm3, lorsque l'allongement dépasse 10 % environ et est compris de préférence entre 15 et 25 ffi environ, l'épaisseur moyenne étant de 0,076 mm, la résistance à la traction dans le sens machine étant de 4,45 kg/cm, la résistance à la déchirure du bord de la feuille dans le sens machine selon la méthode Pinch étant d'au moins 6,8 à 9 kg et la résistance à ltéclatement selon la méthode Mullen étant d'au moins 2,45 kg/cm2. Il est possible d'utiliser un produit isolant cellulosique selon l'invention de diverses manieres, mais il est particulièrement intéressant pour envelopper un fil d'induction utilisé dans des transformateurs à bain dthuile dans lesquels règne de grandes contraintes électriques, et pour envelopper les enroulements utilisés dans des moteurs et dispositifs électriques dans lesquels il est souhaitable d'utiliser un isolant flexible. A cet égard, le produit isolant de l'inven- tion possède des propriétés exceptionnelles. Par exemple, dans la fabrication d'un papier crêpé, d'une façon générale la densité est réduite jusqu'à 100 ffi et la main ou volume est sensihlement accru, Au contraire, comme indiqué plus haut, le produit de l'invention présente une densité qui est pratiquement la même que celle de la matière de départ, c'est-à-dire une feuille de bçse cellulosique plane, et une épaisseur ou volume qui eet sensiblement inchangé par rapport à la matière de départ. Les résultats obtenus au moyen du densimètre de Gurley sont portés d'une plage de 500 à 1500 s à une plage comprise entre 1000 et 10 000 s.En même temps, le produit présente une surface lisse, un allongement et une élasticité assez importants et la faculté d'épouser étroitement des surfaces irrégulières, sans intervalle ni déchirure. Ceci se distingue des matières isolantes actuellement connues. En outre, lorsquton l'essaye dans des transformateurs à bain d'huile et dans des bobines électriques automobiles,unpro- duit isolant cellulosique selon l'invention présentant une masse spécifique d'environ 0,95 g/cm5, un allongement d'environ 15 a' 25 ruz une épaisseur d'environ 0,076 mm, une résistance à la traction dans le sens machine d'environ 4,45 kg/cm, une résistance à la déchirure du bord de la feuille dans le sens machine selon la méthode Finch d'environ 8,7 kg, une ténacité de 0,525kgm/dm2 et une résistance à l'éclatement selon la méthode Mullen d'environ 2,8 kg/cm2 réalisée à partir d'un papier crêpé ayant une masse initiale d'environ 0,9 g/cm3 et une épaisseur moyenne de 0,076 mm se comporte parfaitement dans des conditions normales de fonctionnement.En outre, lorsqu'une telle matière est enroulée en couches disposées bout à bout autour d'un fil d'induction de petit diamètre, les propriétés élastiques du papier parviennent à éliminer sensiblement tout risque de formation d'intervallés', de dechirkres,etc. En outre, lorsque le produit de l'invention est appliqué à recouvrement en forme de C à un fil d'enroulement de petit diamètre, le produit peut être plié et/ou tordu sous diverses configurations sans qu'il se forme d'intervalles dans l'isolant des spires ou autre dommage. Toutefois, une matière isolante courante ne présentant pas l'élasticité et l'allongement ou la solidité du produit de l'invention ne peut pas être manipulée sans formation d'intervalles ni déchirures,etc. et, par conséquent, il peut se produire des dommages physiques au cours des opérations ultérieures de fabrication et d'assemblage qui pourraient conduire à un court-circuit lors de l'utilisationv Des essais auxquels ont été soumis un papier de base et un papier traité selon l'invention ont donné les résultats suivants au densimètre de Gurley Relation entre le résultat donné Par le densimètre de Gurley et le stade du procédé Position sur le rouleau Stade du procédé 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Papier de base 814 758 654 695 644 673 631 553 579 600 558 Produit final 2777 2438 2494 2538 2236 161 5 2168 2331 1 762 2024 3023 Moyenne : Papier de base - 651 Produit final T 2319 Bien que l'invention ait été décrite d'une façon génie, rale comme stappliquant au domaine de l'isolation de spires d'enroulements électriques, il est évident que les produits de l'invention peuvent être utilisés chaque fois qu'un papier relativement robuste, mais mince, flexible et extensible, est souhaitable. En outre, lorsqu'on utilise le produit comme isolant électrique, il peut être traité par un ou plusieurs composés donneurs d'azote afin de ralentir la dégradation de la matière lorsqu'elle est soumise à des contraintes électriques thermiques et physiques pendant de longues périodes.De tels composés donneurs azote doivent être appliqués au produit isolant cellulosique par pulvérisation, immersion ou en faisant passer le produit dans un bain. Des exemples de ces composés donneurs d'azote qui peuvent être utilisés comprennent le dicyandiamide, la triéthanolamine, la mélamine, 1' acrylo- nitrile et des composés analogues. Entre autres avantages, la matière cellulosique de ltin- vent ion et son procédé de fabrication peuvent être mis en oeuvre en utilisant un appareillage disponible dans le commerce. Par exemple, un tel appareillage comprend des pré-humidificateurs, des rouleaux de crêpage, des lames de crêpage, des séchoirs, des calandres, des coupeuses en long, etc. D'une façon générale, un tel appareil comprend un dispositif de pré-humidification, un rouleau de crêpage et de support lisse, une lame de crêpage et un dispositif tel qu'un séchoir, une calandre et une fendeuse en long agencés dans 11 ordre dans lequel ils sont normalement utilisés dans le procédé de crêpage de ma tières. Les valeurs numériques données plus haut pour indiquer les diverses propriétés physiques ont été obtenues par les méthodes bien connues de la'American Society for Testing and Materialsss' et la "Technical Association of the Pulp and Paper Industry" et qui sont en particulier les suivantes Masse spécifique A.S.T.M. D202-72a à l'état humide Allongement A.S.T.M. D202-72a D828 Epaisseur A.S.T.M. D202-72a Méthode D Résistance à la traction dans le sens machine A.S.T.M. D202-72a D828 Résistance à la déchirure du bord de la bande selon la méthode Finch A.S.T.M. D827-71 Ténacité (Absorption de l'énergie de traction) T.A.P.P.I. T494-05-70 Résistance à l'éclatement selon Mullen A.S.T.M. D774-71 Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées aux produits et aux procédés décrits sans sortir du cadre de L'invention. REVENDICATI0NS 1. Procédé de fabrication d'un produit cellulosique, caractérisé en ce qu'il consiste à rendre malléable un élément de base cellulosique, à augmenter la masse par unité de surface de l'élément de base pour former un élément intermédiaire et à augmenter la masse par unité de volume de l'élément intermédiaire au moins jusqu'à celle de ltélément de base ou au-delà de cette dernière sans dégradation. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape destinée à rendre l'élément de base malléable consiste à pré-humidifier et à mouiller ledit élément de base. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape destinée à augmenter la masse par unité de surface consiste à réduire l'étendue de l'élément par unité de masse. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ltétape destinée à augmenter la masse par unité de volume consiste à comprimer ledit élément intermédiaire. 5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'étape destinée à rendre l'élément de base malléable consiste à ramollir ledit élément au moyen d'un liquide choisi dans le groupe comprenant l'eau et un solvant miscible à l'eau ainsi qu'un mélange des deux, de tels solvants comprenant des alcools primaires inférieurs tels que l'alcool éthylique. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le ramollissement est effectué à une température comprise entre environ 1000 et le point d'ébullition de l'agent de ramollissement. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de base est une feuille cellulosique. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que la feuille cellulosique est crêpée en utilisant un rouleau approprié et en ce que la sensibilité de la feuille ramollie à son égard est augmentée par application d'un composé de crêpage. 9. A titre de produit industriel nouveau, un produit cellulosique caractérisé en ce qu'il est fabriqué par un procédé selon la revendication 1. 10. Produit cellulosique caractérisé en ce qu'il comprend une feuille cellulosique crêpée ayant une masse spécifique comprise entre 0,80 s et 1,2 g/cm . 11. Produit cellulosique selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il présente un allongement d'au moins 10 %, une épaisseur moyenne comprise entre environ 0,635 et 0,114 mm, une résistance à la traction dans le sens machine d'au moins 3,56 kg/cm, une résistance à la déchirure du bord de la feuille dans le sens machine selon la méthode Finch d'au moins 4,54 kg, une ténacité d:au moins 0,3 kgm/dm3, une résistance à l'écla- tement selon Mullen d1au moins 1 ,75 kg/cm2, et en ce que la matière cellulosique présente une surface lisse et l'aptitude d'épouser étroitement des surfaces irrégulières. 12. Produit cellulosique selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il est imprégné dtau moins un composé donneur d'azote choisi dans le groupe comprenant le dicyandiamide, la triéthanolnmine, la mélamine et ltacrylonitrile. 13. Produit cellulosique selon la revendication 10,caractérisé en ee que la feuille est en papier kraft,la masse spéci- fique est de 0,95 g/cm3, l'allongement est de 1-5 à 25 %, l'épaisseur est de 0,076 mm, la résistance à la traction dans le sens machine est de 6,23 kg/cm, la résistance à la déchirure du bord de la feuille dans le sens machine selon la méthode Finch est de 7,7 kg et la résistance à ltéclatement selon la méthode Mullen est de 2,8 kg/cm2. 14. Procédé d'application d'un produit cellulosique selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il consiste à enrouler le produit autour d'un élément choisi dans le groupe comprenant un fil d'induction et des enroulements aux bobines. 15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que le produit est enroulé pour assurer l'isolation de l'élément choisi dans le groupe comprenant un fil d'induction d'une armature et des bobines de champ de moteurs électriques, le fil d'induction utilisé dans des dispositifs électriques tels qu'une dynamo, des enroulements de transformateurs, le fil d'induction de transformateurs d'une puissance inférieure à 500 KVA et dans des conducteurs de capables électriques.