Brevet FR2576545A1 — publié le 19860801

La présente invention est relative à un maté- riau isolant électrique souple et à son procédé de fa- brication, le matériau précité étant plus spécialement adapté de par ses performances à une utilisation dans le domaine de la construction des machines électriques et en électro-mlécanique en général. Dans le domaine technique de la construction électrique ou électro-mécanique on utilise actuelle- ment des isolants souples destinés à assurer l'isola- tion de conducteurs ou groupes de conducteurs insérés dans les encoches des pièces polaires des machines tour- nantes notamment, ces isolants souples en forme-de feuil- les ou de rubans de dimensions appropriées étant par exemple destinés à assurer la séparation et l'isolation de groupes de conducteurs constituant chacuns une phase de l'enroulement du moteur ou de la machine tournante. Parmi les isolants souples utilisés à ce jour, on connaît des produits dits complexes comportant un support, généralement un film polyester, sur les faces duquel sont déposés des feutres de polyester, des pa- piers calandrés ou non tels des polyamides aromatiques, ou des mats tels que des mats de verre ou tissu de verre le tout étant éventuellement imprégné d'une résine par vernissage. D'autres matériaux souples,isolants, sont cons- titués à partir d'un support, généralement un film de polyester, verni au moyen d'une résine organique,ec sont surtout utilisés pour permettre en fait la thermosou- dabilité du support. Des matériaux de la première catégorie qui sont normalement disponibles dans le commerce ont fait notamment l'objet d'une description, relativement à leur procédé de mise en oeuvre, dans le brevet d'in- vention n 881 120 déposé en France le 6 Décembre 1961. Certains des matériaux précédemment décrits Drésentent notamment les inconvénients suivants: 5. mauvaise résistance à de nombreux agents chimiques ou aux solvants des vernis d'imprégnation utilisés lors de l'imprégnation des circuits élec- triques des moteurs en raison de clivages des complexes obtenus par contre-collage notamment ou de la dissolu- tion de la résine de vernissage, absorption d'humidité des couches contre- collées parfois bien supérieure à celle du support, propriétés diélectriques de surface de ces matériaux parfois médiocres conduisant notamment, à des performances modestes en ce qui concerne le ris- que de contournement du matériau isolant dans des con- ditions sévères d'utilisation, faible pouvoir d'évacuation des calories par ce type de matériau. La présente invention permet de remédier aux inconvénients précités par la mise en oeuvre d'un procédé de fabrication d'un matériau et d'un matériau dont les performances sont sensiblement améliorées. Le procédé de fabrication d'un matériau iso- lant électrique souple consiste à déposer sur un sup- port souple une résine chargée avec des charges miné- rales en vue d'améliorer les propriétés thermiques et diélectriques de ce dernier. Le matériau isolant électrique souple ainsi obtenu comporte une âme centrale, ou support souple, et un revêtement de l'âme centrale formé par une couche de résine constituée d'un matériau organique chargé avec une poudre minérale. L'invention trouve application dans le domaine de la construction électrique ou électro-mécanique, mais également dans le domaine de la construction d'appareils électroniques, notamment en électronique industrielle. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description et à l'observation des dessins ci-apres dans lesquels: - la figure 1 représente un agencement général illustratif des différentes phases du procédé de l'in- vention, - la figure 2 représente respectivement en 2a, 2b une vue en coupe d'un film de matériau isolant élec- trique de l'invention et une vue agrandie d'une partie de cette coupe. Le procédé de fabrication d'un matériau isolant électrique souple de l'invention sera tout d'abord décrit au moyen de la figure 1. Ce procédé consiste à déposer sur un support souple une résine chargée avec des charges minérales en vue d'améliorer les propriétés thermiques et diélectriques de ce dernier. Sur la fi- gure 1, le procédé, de manière non limitative, est représenté sous la forme d'un procédé de fabrication en continu. Le support souple S constitué sous forme d'un rouleau d'alimentation A et formé selon une bande est engagé de manière classique dans un ensemble d'en- traînement constitué par des rouleaux d'entrainement RE et des rouleaux de guidage RG. Tout au long du trajet de la bande constituant le support, différents postes sont prévus permettant la réalisation des diffeé- rentes étapes du procédé, ci-après explicitées. Afin d'assurer une adhérence parfaite de la résine chargée sur le support S, le support est,préa- labement au dépôt de la résine, traité de manière à rendre les faces du support suffisamment rugueuses. Sur la figure 1, ce traitement est noté T. Ce traite- ment peut être soit par exemple un traitement mécanique, soit un traitement électrique. Un traitement électrique sera cependant préféré à un traitement mécanique. Dans le cas d'un traitement électrique, le traitement effec- tué est un traitement du type traitement à effet CORONA. La tension appliquée sur les électrodes de traitement par effet CORONA, est déterminée en fonction de l'épais- seur du support S ou bande, et en fonction de la vitesse de défilement de celle-ci. De manière avantageuse, l'é- paisseur du support est déterminée en fonction de la nature de celui-ci. Dans-le cas d'un support constitué par un matériau plastique tel qu'un polyester (poly- térephtalate d'étylène-glycol), l'épaisseur e du sup- port peut être comprise entre 23 im et 350 mm. A titre d'exemple non limitatif, d'autres maté- riaux peuvent être utilisés pour constituer le support. Ainsi, celui-ci peut être constitué par un tissu de verre d'épaisseur e comprise entre 5/100 de mm et /100 de mm, la réalisation d'un support en tissu de verre permettant une amélioration des propriétés méca- niques du matériau final, en ce qui concerne la résis- tance au vieillissement. Le support peut également être constitué par un papier polyamide aromatique normalement disponible dans le commerce. Dans ce cas, l'épaisseur du papier peut être choisie entre 5/100 de mm et 13/100 de mm par exemple. Le support S peut également être constitué par un matériau du type film de polymère fluoré commercia- lisé par la Société iO0ECISTsous la référence L 601. L'épaisseur du support dans ce dernier cas, peut être prise entre des limites variant de 50 gm à 100 Nm. Ce dernier matériau, en raison de sa meilleure tenue en température, 170 C en continu, pourra être choisi pour la réalisationd'un matériau isolant souple à tenue en température améliorée. Après le traitement mécanique ou électrique précité, la bande est dirigée vers un ensemble d'en- duction noté E permettant d'effectuer le dépôt de la résine sur le suprort. Préalablement au dépôt proprement dit,, la résine est formée par un complexe obtenu par mélange d'un matériau liant organique et d'une poudre minérale. A titre d'exemple non limitatif, le matériau organique est constitué par un matériau polymérisable à base de matériau acrylique, de polyuréthane, d'époxydes ou de silicone. La poudre minérale est de préférence fine- ment divisée, et de granulométrie inférieure à 40 Nm. Les valeurs de granulométrie précitée permettent une meilleure homogénéité du matériau final. La poudre miné- rale peut être constituée par de la poudre de mica laquelle présente l'avantage de ne pas engendrer de phénomène d'absorption des produits constitutifs de la résine, phénomène toujours préjudiciable aux qualités mécaniques et en définitive électriques du matériau isolant. La poudre de mica peut cependant être remplacée par des billes de verre de même granulométrie. Des agents de couplage peuvent en outre être ajoutés à la résine organique afin de permettre une parfaite liaison entre celle-ci et les charges miné- rales. Les agents de couplage peuvent être constitués par des silanes, dérivés carbonés du silicium, et assurent une meilleure liaison entre les grains de la poudre minérale et la résine. La résine peut être préparée avantageusement mais de manière non nécessaire, à partir d'un solvant constitué par exemple par des hydrocarbures aromati- ques. La résine, une résine polvuréthane par exemple, est tout d'abord dissoute dans le solvant. Les agents de couplage précédemment cités sont ajoutés à la solu- tion. Enfin, la charge minérale est ajoutée à l'ensem- ble, la résine étant prête pour application sur le sup- port. A titre d'exemple non limitatif, pour une quanti- té en poids de solvant, une quantité de résine polyuré- thane comprise entre 80 et 30 % du poids du solvant sera dissoute dans le solvant et une quantité complémentaire de poudre minérale telle que le mica,comprise entre 20 et 70 % en poids de solvant,sera ensuite ajoutée. On a ainsi constaté au cours des essais de fa- brication de matériaux isolants de l'invention que le choix des pourcentages en poids de résine et de poudre minérale permettait d'influer sur les propriétés mé- caniques et thermiques du matériau final obtenu. Ainsi, l'augmentation-en pourcentage de poudre minérale,telle que le mica, a pour effet d'augmenter la rigidité de l'ensemble. La diminution du pourcentage de poudre miné- rale a aa contraire pour effet d'augmenter la souplesse du matériau final. Après les préparatifs précités, la résine chargée est prête à être déposée sur les faces du support. Ainsi que représenté en figure 1, la résine préalablement préparée,est introduite dans l'ensemble d'enduction référencé E de manière à former un bain dans lequel la bande constituant support est intro- duite et déplacée. Le dépôt de la résine chargée est ainsi effectué par enduction. Ce dépôt peut en outre sans inconvénient être effectué de manière plus cou- rante par projection ou au moyen d'une racle. Dans le mode de réalisation du procédé représenté en figure 1, la bande sur laquelle la résine chargée a été déposée par traversée du bain, est ensuite introduite dans une filière référencée F. La filière F permet de déterminer l'épaisseur de résine chargée qui sera effectivement conservée sur chaque face de la bande. A titre d'exemple non limitatif, cette épaisseur pour chaque face, peut êtreprise égale à 50 gm et avanta- geusement comprise entre 20 Am et 200 dm. On a également constaté, que l'épaisseur finale de la couche de résine chargée appliquée sur les faces de la bande, détermine les propriétés mé- caniques du matériau final. Le support étant de manière générale,en particulier lorsqu'il est cons- titué par du polyester, plus rigide que la résine chargée, l'épaisseur des couches de résine chargée appliquée sur les faces du support sera choisie fai- ble, c'est-à-dire au voisinage de la valeur de 20 gm précitée, lorsque le matériau final sera destiné à des applications dans lesquelles un isolant plus ri- gide est recherché. Au contraire, l'épaisseur des couches de résine chargée appliquée sur les faces du support sera choisie au voisinage de la valeur limite supérieure de 200 dm, lorsque le matériau final sera destiné à des applications dans lesquelles un isolant plus souple est recherché. Le support S muni de son revêtement de résine chargée, d'épaisseur appropriée sur chacune de ses faces, est ensuite polymérisé à chaud dans un ensemble de poly- mérisation noté P sur la figure 1. L'ensemble de polymé- risation P est par exemple constitué par un ensemble modulaire, chacun des modules étant susceptible de por- ter et de maintenir une portion déterminée de bande à une température déterminée pendant un temps déterminé, fonction de la vitesse de défilement de la bande. A titre d'exemple de réalisation, le premier module per- met de porter la bande revêtue de résine à une tempé- rature de 1000 C. Des ensembles successifs permettent, par paliers successifs de température de l'ordre de C,de porter la bande au niveau d'un module final à une température de l'ordre de 2000C. Au cours de la polymérisation, le solvant présent dans-les couches de revêtement, lorsque ce solvant a été utilisé, est éliminé par évaporation au niveau du premier module de polymérisation. La bande munie de son revêtement de résine chargée est ensuite portée progressivement par palier de 20 C, à la température de 180 C à laquelle la polymérisation proprement dite est commencée, cette dernière étant achevée dans le module fihal à la tempé- rature de 200 C. Le matériau final peut être après refroidissement conditionné sous forme de- rouleau de stockage, référencé ST sur la figure 1. L'élévation progressive de température de la phase de polymérisation, permet d'éviter le phénomène de bullage, c'est-à-dire de création de bulles de gaz au sein même du matériau isolant. La polymérisation proprement dite rend la résine thermodurcie, laquelle au niveau du matériau final résiste aux vernis d'imprégnation utilisés dans la construction des moteurs ou machines électro-méca- niques, et résiste en outre.à l'échauffement de ceux- ci pendant leur fonctionnement. A titre d'exemple non limitatif, le temps de maintien de la bande revêtue de couche de résine d'épaisseur 50 gm par face à la température de 200 C au niveau du dernier module de polymérisation, est de l'ordre de 1 mn pour une vitesse de défilement de bande de 5 m/mn. Le matériau isolant électrique souple de l'in- vention sera maintenant décrit au moyen des figures 2a et 2b. Ainsi que représenté en figure 2a, le maté- riau réalisé sous forme de film comporte une âme cen- trale 1 ou support souple. Bien entendu, le matériau peut également être produit sous forme de feuilles c'est- à-dire de bande de largeur suffisante, la bande étant ensuite débitée en feuilles ou en pièces de formes diverses. Un revêtement de l'âme centrale 1, est formé par une couche supérieure 2 et inférieure 3 de résine constituée par le ou les matériaux organiques chargés avec une poudre minérale tel que décrit précédemment. L'âme centrale 1 est constituée par un matériau plasti- que tel qu'un polyester (polytérephtalate d'éthylène glycol) ou par un tissu de verre, un polyamide aromatique ou un matériau polymère fluoré. Les couches supérieure 2 et inférieure 3 sont constituées par un matériau organique tel qu'un matériau polymérisable à base de matériau acrylique, de polyuréthane, d'époxydes ou de silicone. Les couches supérieure et inférieure 2 et 3 comportant des inclusions formées par la poudre minérale, laquelle est constituée par de la poudre de mica ou des billes de verre de granulomé- trie inférieure à 40 Nm. Ainsi qu'il apparaît en outre en figure 2b, les inclusions 20 de la couche supérieure 2 ou les inclusions 30 de la couche inférieu- re 3 sont entourées par une couche mince formée par l'agent de liaison assurant le couplage entre le maté- riau organique et la poudre minérale. La couche mince 21 est une couche monomoléculaire ou sensiblement mono- moléculaire, formée sur toute la surface du grain, formant inclusion, et tapissant celui-ci. La couche mince formée au niveau de chaque inclusion par l'agent de liaison, empêche que des substances chimiques étran- gères puissent s'introduire dans les interstices pou- vant toujours exister entre les grains de la poudre minérale et la résine. Les couches supérieure et inférieure 2 et 3 permettent ainsi de protéger le support constitué par exemple par un film polyester de l'atteinte de la cha- leur et permettent ainsi d'augmenter la durée de vie du support et du matériau final. A titre d'exemple, un test de vieillissement connu sous le nom de test de l'électrode courbe a été effectué dans les condi- tions précisées par la note éditée par le Comité Elec- tro-technique international, sous la référence n 370 année 1971. Ce test effectué sur un matériau final comportant un support du type film polyester a permis de constater une tenue en température nettement supé- rieure à 145 C du matériau final sur une durée, en continu, de 20 000 heures, alors que dans des condi- tions analogues d'essai, la tenue en température du polyester nu ne d&-asse pas 130 C. 1 1 En outre, des divers types de matériaux réalisés au moyen du procédé de 1'invention, permeftent une meil- leure évacuation des calories, en raison de la présence dans la résine des charges minérales. il a en outre été observé une amélioration sen- sible des propriétés diélectriques de surface du maté- riau final de l'invention. Des échantillons des diffé- rents matériaux réalisés selon le procédé précédemment décrit, ont été soumis à un test de résistance au che- minement électrique, c'est-à-dire a un test de contour- nement de l'isolant, constitué en feuilles, par des lignes de courant. Toutes choses égales par ailleursg il a été observé, par rapport auxmatériauxisolants souplesde la technique antérieure obtenus par contre- collage, que lestensionrélectriques nécessaires pour provoquer le contournement étaient nettement supérieures aux tensions provoquant, dans les mames conditions, le contournement des matériaux de l'art antérieur. Cette amélioration des propriétés diéleâ- triques de surface du matériau isolant souple de l'invention, est due à la présence des charges miné- rales dans la résine, lesquelles provoquent une aug- mentation notable de la résistance au cheminement électrique. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un matériau isolant électrique souple, caractérisé en ce qu'il consiste à dépo- ser sr un support souple une résine chargée avec des chartes minérales en vue d'améliorer les propriétés thermiques et diélectriques de ce dernier. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support est, préalablement au dépôt de la résine, traité électriquement. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support est préalablement au dépôt de la résine traité mécaniquement. 4. Procédé selon l'une des revendications I à 3, caractérisé en ce que, préalablement au dépôt, la résine est formée par un complexe obtenu par mélange d'un maté- riau liant organique et d'une poudre minérale. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la poudre minérale est finement divisée, de gra- nulomérie inférieure à 40.m. 6. Procédé selon la revendication 5, caracté- risé en ce que des agents de couplage sont ajoutés à la résine organique afin de permettre une parfaite liaison entre celle-ci et les charges minérales. 7. Procédé selon l'une des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que le dépôt de la résine sur le support est effectué par enduction. 8. Procédé selon la revendication 7, caracté- risé en ce que, suite au dépôt de la résine sur le sup- port, l'ensemble constitué-par le support revêtu de résine est polymérisé à chaud. 9. Procédé selon la revendication 8, caracté- risé en ce que ladite polymérisation à chaud est effec- tuée progressivement par paliers de température compris entre 1000C et 200 C. 10. Procédé selon l'une des revendications pré- cédentes, caractérisé en ce que le choix de la nature, de la résine déposée, du taux de charge en poudre minérale, de l'épaisseur du dépôt, des variations de température de polymérisation et du temps de polymérisation est effectué pour obtenir un degré de souplesse variable du produit final en vue d'utilisations diverses de celui-ci. 11. Matériau isolant électrique, souple, carac- térisé en ce qu'il comporte: - une âme centrale (1), ou support souple, un revêtement (2,3) de l'âme centrale formé par une couche de résine constituée d'un matériau organique chargé avec une poudre minérale dans des pro- portions déterminées. 12. Matériau isolant souple selon la revendi- cation 11, caractérisé en ce que l'âme centrale (1) est constituée par un matériau plastique tel que un poly- ester (polytérephtalate d'éthylène glycol). 13. Matériau isolant souple selon l'une des revendications 11 ou 12, caractérisé en ce que le ma- tériau organique est constitué par un matériau polymé- risable à base de matériau acrylique, de polyuréthane, d'époxydes ou de silicone. 14. Matériau isolant souple selon l'une des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que la poudre minérale est une poudre de mica de granulométrie infé- rieure à 40 Nm. 15. Matériau isolant souple selon l'une des revendications 11 à 14, caractérisé en ce que ledit revêtement formé par une couche de résine comporte en outre un agent de liaison ou de couplage entre le matériau organique et la poudre minérale.