Brevet FR2299456A1 — publié le 19760827

Il est connu de préparer une pulpe à partir de fines paillettes de mica soit à l'aide d'un traitement mécanique en phase liquide, soit à l'aide d'une extraction partielle de l'eau par chauffage suivie d'un traitement mécanique seul ou d'un traitement chimique et mécanique, en milieu aqueux. On peut alors préparer un papier à partir d'une telle pulpe de mica par aspiration de l'eau sur'un tamis. On peut citer comme étant importants pour le traitement mécanique sans extraction de l'eau les brevets US 2.405.576 et 2.659.412.Pour le deuxième cas, c'est à dire lex- traction partielle de l'eau avec fractionnement mécanique, on peut citer les brevets CH 274.605 et 2b0.071, et pour la dernière méthode mentionnée, c'est à dire l'extraction partielle de l'eau avec un'traitement chimique suivi d'un traitement mécanique, les brevets FR 982.402, 984.969, 1.004.775 et 1.005.600. Chacune de ces trois méthodes a servi de base au développement de procédés techniques de fabrication industrielle du papier-mica. Les papiers ainsi fabriqués ne contiennent que du mica et aucun liant. Les propriétés de ces papiers, telles que la résistance au déchirement, la perméabilité a' l'air et l'imprégnabilité aux vernis diffèrent suivant le procédé de fabrication. Dans tous les cas, la résistance au déchirement est insuffisante pour utiliser le papier tel quel à des fins d'isolation. Avec des bandes découpées, il faut pour les installations techniques actuelles une résistance au déchirement d'environ 14N/cm de largeur de bande. C'est pourquoi dans la plupart des cas, on a combiné ce papiermica avec des supports tels que des tissus, en particulier des tissus de verre, des matières pelliculaires, par exemple des films de polyester, ou des voiles ou nappes de fibres non tissés, ce qui accroît la résistance aux efforts mécaniques (brevet CH 272.688). Lorsqu'on utilise tous ces supports, un liant s'avère nécessaire afin de maintenir ensemble les deux matériaux. Les matériaux supports cités présentent le plus souvent un inconvénient nécessaire apparaissant en particulier pour les isolations dans lesquelles la bande de mica enroulée sur un conducteur électrique doit etre imprégnée d'une résine sans solvant. En effet, étant donné que la résine, lors de l'imprégnation, doit surtout pénétrer transversalement par rapport 1 la couche de papier-mica, les films de matière plastique constituent pour la résine une barrière presque infranchissable. La soie de verre se laisse bien imprégner, mais il se forme toutefois une structure stratifiée prononcée dont les influences du point de vue électrique sont très difficiles a saisir au niveau théorique et qui, lors du vieillissement thermique lié aux mesures de résistance au pliage, constitue une surface de séparation. Les nappes. de fibres sont encore à cet égard les meilleurs supports, sans tenir compte de la stabilié thermique qui est défavorable pour les solutions, avantageuses au point de vue prix, ainsi que pour les films. Ainsi que déjà indiqué, le papier-mica et le support doivent etre maintenus ensemble par un liant. Le choix de celuici n'est pas aisé, car il doit être compatible avec l'agent d'imprégnation > ; utiliser postérieurement et pouvoir ê-tre prévu en treks faibles quantités en donnant une liaison suffisante. Tans tous les cas, ce liant a une influence défavorable sur l'aptitude à l'imprégnation de la bande et de l'isolation réalisée à l'aide de celle-ci. C'est pourquoi il n'a pas manqué de tentatives pour ajouter au papier-mica, des sa fabrication, un liant ou des fibres en vue de le renforcer. En ce qui concerne les liants, on peut citer - le brevet FR 964.359 pour l'acide silicique colloïdal ou des produits d'hydrolyse d'un ester d'acide silicique, - le brevet CH 272.687 pour les résines phénoliques, - les brevets FR 984.969 et 1.(4.775 pour des liants minéraux tels que des borates - et le brevet CH 274.605 pour les résines mélamine. Tous ces procédés permettent la préparation d'un papiermica présentant une résistance mécanique importante. four certaines utilisations dans lesquelles le papier-mica peut être comprimé dans des presses sous forme de stratifié, les papiers-mica ainsi préparés se sont avérés convenir étant donné que dans ces cas le liant aéja prévu ou ajouté postérieurement ne doit satisfaire qu a la liaison des couches ; pour des produits tels que des disques entretoises, des plaques de collecteur ou des éléments pour installation de chauffage en un produit tel que celui connu sous le nom de micaniteet qui, comme on le sait, est constitué de couches d'éclats de mica collées entre elles à l'aide d'un liant, la présence d'air emprisonné ne pose aucun problème.Si l'on désire par contre une imprégnation complète d'une isolation enroulée en papier-mica à l'aide d'une résine sans solvant, les papiersmica mentionnés plus haut sont inutilisables étant donné que l' agent d'imprégnation ne pénètre que dans les couches les plus ex terieures et ne va pas plus loin On a également déja ajouté au uapier-mica des fibres, par exemple des fibres de verre (brevet FR 1.Q58.676). Cependant, le mélange au mica des fibres en suspension utilisées jusqu 'Ici a en principe toujours conduit à un déport des fibres entre les particules de mica, constituant ainsi des corps étrangers ou éléments gênants, et elles accroissent bien la porosité, mais al tuèrent la cohésion mécanique, de sorte qu'il est impossible de transformer le papier-mica obtenu. Les fibres synthétiques ne se comportent pas mieux à cet égard que les fibres de verre. On ne peut également retirer aucune amélioration d'un procédé de broyage utilisé dans l'industrie du papier de cellulose étant donné que les fibres, peu hydrophiles, n'ont évidemment aucune affinité pour les particules de mica. Dans le procédé de broyage utilisé pour les fibres de cellulose en vue de la fabrication du papier, les fibres se dissocient dans l'eau en assemblages moléculaires sous l'effet du gonflement. C'est ainsi que se forment ce que l'on appelle les micelles~à franges. Ces derniers conduisent lors du séchage à une liaison des associations moléculaires par l'intermédiaire de valences secondaires de sorte qu'il se forme également sans-aucun collage un papier suffisamment rigide du point dè vue mécanique. Jusqu'ici, on avait pourtant, en raison des températures élevées auxquelles le papier-mica est soumis lors de son utilisation, considéré comme impossible de lui ajouter des fibres de cellulose. Or, on a constaté de manière surprenante que, à partir de mica et de fibres de cellulose convenablement réduites (c'est à dire divisées en fibres élémentaires), on obtient une pulpe qui donne une feuille de papier ayant une résistance suffisante pour sa transformation postérieure, la perméabilité à l'air et l'aptitude à l'imprégnation du papier-mica atteignant contre toute attente des valeurs élevées. La résistance au déchirement est si élevée qu'elle suffit à l'opération d'enroulement et qu'il est superflu d'ajouter un support particulier Il suffit d'une addition de 20 à 30 en poids, rapporté au poids total de mica et de cellulose, pour dépasser la résistance au déchirement de 14N/cm de largeur de bande. Les mesures de la résistance au déchirement peuvent s' effectuer, avec enregistrement, sur une machine dtépreuve de rupture normale convenant à cet effet. La porosité et la perméabilité à l'air se déterminent à l'aide de divers appareils. Les valeurs données ci-dessous ont été obtenues à l'aide d'un appareil appliquant la méthode de ek fa- briqué par la société S. van der Korput, Baarn, Pays-Bas. On mesure en secondes, à l'aide d'un chronomètre électrique enregistreur, le temps qu'il faut pour que, sous une dépression de 0,49 bar, 10 ml d'air soient aspirés à travers une surface de 100 mm2 du papier à tester. Des valeurs (en secondes) élevées signifient que le papier examiné est peu poreux. Les temps de traversée par aspiration sont avantageusement de quelques secondes. On mesure l'aptitude à l'imprégnation suivant la méthode de Williams décrie dans la norme A.S.T.M. 202 75. On mesure le temps qui s'écoule jusqu'à ce qu'un liquide d'épreuve ait traversé le papier fixé dans l'appareil. La norme indique comme liquide dffl épreuve l'huile de ricin, mais admet d'autres liquides lorsqu'ils s'avèrent plus avantageux. C'est pour cela que dans le cas présent, on a choisi un mélange de 60 parties en volume dthuile de ricin et 40 parties de toluene (d = 0,917).De méme que pour la méthode in- diquée pour la détermination de la porosité, on chronomètre le temps en secondes qui s'écoule jusqu'à ce que la surface qui se trouve au contact du liquide soit entièrement translucide, ce qui signifie qu'elle est imprégnée par le liquide d'épreuve. Dans ce cas également, des valeurs faibles signifient une bonne aptitude à l'imprégnation. Dans une série d'essais, on a examiné l'influence du degré de broyage sur les propriétés d'un papier-mica obtenu à partir d'une pulpe de mica contenant de 25 à 30 , s en poids d'une cellulose sulfate ou d'une cellulose sulfite provenant de résineux ; tous les papiers avaient un poids au mètre carré de 120 g/ Le Le degré de broyage a été déterminé par la méthode Schopper- Riegler. (voir tableau page suivante) il ressort de ces valeurs que, en ajoutant de la cellulose avec un degré de broyage situé à l'intérieur d'une certaine gamme, les propriétés du papier mélangé obtenu sont notablement améliorées, c'est a dire que la résistance au déchirement est recrue et la porosité e- 'aptitude à l'imprégnation sent simul tanément améliorées. TABLEAU Degré de Porosité Aptitude à Résistance au broyage (Bekk) l'imprégna- déchirement (Schopper- tion (N/cm) Riegler) ~~~~~~~~ (Williams) ~~~~~~~~~~~~~~ Cellulose 13 1 22 8 - sulfate 15 5 52 24 26 6 5G 30 44 12 78 33 75 24 152 33 Cellulose 14 2 23 8 - sulfite 20 5 29 19 40 10 44 21 60 13 69 27 Comparaison : - 30 93 7 papier de méme épaisseur en pulpe de mica seule Il semble que les propriétés du papier sont les plus avantageuses pour un degré de broyage de 20 à 60 suivant Schopper Riegler ; avec dedegrés encore plus élevés, la porosité atteint des valeurs telles que celles que présente le papier ordinaire. On peut également atteindre des propriétés analogues avec les linters et autres fibres cellulosiques de prix élevé. Il n'y a aucun intérêt à élever la teneur en fibres cellulosiques du papier-mica à usage d'isolation, au dessus de la valeur nécessaire pour l'obtention des propriétés mécaniques. On désire même obtenir une isolation qui ne comporte pas plus de la moitié de mica. Etant donné que, lorsqu'il est utilisé pour l' isolation, le papier-mica contenant de la cellulose est en outre impségné à l'aide de résine, si l'on utilise un papier à 50 % en poids de cellulose et 50 % de mica, on obtient alors dans l'isola- tion une teneur totale de plus de 50 % en poids pour les matières organiques (cellulose + résine).C'est pourquoi on utilise un pourcentage de cellulose de moins de 50 '4 en poids. ne teneur avantageuse en fibres de cellulose pour des bandes facilement imprégnables s'élève à 20 à 30 u en poids. il est ainsi devenu possible, en ajoutant de 20 à 3Q jg en poids de fibres de cellulose présentant un degré de broyage convenable, d'obtenir une amélioration de la résistance au déchirement du papier-mica, ainsi que simultanément une porosité et une aptitude à l'imprégnation meilleures que celles que l'on mesure pour un papier-mica ordinaire de même poids au metre caré. Exemple On fait bruler des dechets de mica de potasse à 7800C et pendant 30 minutes, on y ajoute de l'eau et on les dissout par une agitation énergique suivant la méthode décrite dans les brevets CH 274.605 et 28O.O7. La dimension des particules du mica dissout s'élève à 100 à 5000 microns. On prépare un mélange d'eau t de cellulose sulfate de résineux (degré de broyage = 44 suivant Sehopper-Riegler) et on l'ajoute au mica dissous afin d'obtenir une suspension ayant une teneur en matières solides de 1 % et un rapport de poids du mica à la cellulose de 70 : 30. On envoie alors cette suspension dans une machine à papier-laboratoire (machine à tamis long) afin de former une feuille. La feuille d' isolation ainsi obtenue présente un poids au mètre carré de 120 g/ m2, une résistance au déchirement de 33N/cm de largeur et une aptitude à l'imprégnation de 78 secondes (ASTM 202-73). REVENLICATTONS i - Papier-mica à résistance au déchirement suffisante pour son utilisation sans support et à porosité et aptitude à 1' imprégnation améliorées par rapport au papier-mica ordinaire, caractérisé en ce que, outre le mica, il contient de 10 à 50 ef en poids de fibres de cellulose. 2 - Papier-mica suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il contient de 20 à 30 A en poids de fibres de cellulose. 3 - Papier-mica suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les fibres de cellulose présentent un degré de broyage de 20 à 60 suivant Sohopper-Riegler. 4 - Procédé de préparation d'un papier-mica suivant 1' une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que 1' on ajoute à une pulpe de mica préparée sans utilisation de produits chimiques, de 10 à 50 % en poids de fibres de cellulose, rapporté au poids total de mica et de cellulose et en ce qu'on transforme à la manière connue en papier la pulpe mélangée. 5 - Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'on ajoute à la pulpe de mica de 20 à 30 ,S en poids de fibres de cellulose, rapporté au poids total de mica et de cellulose. 6 - Procédé suivant l'une quelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce qu'on utilise des fibres de cellulose ayant un degré de broyage de 20 à 60 suivant Schopper-Riegler.