Brevet FR2669852A1 — publié le 19920605

RUBAN ENDUIT CONDUCTEUR ET PROCEDE DE FABRICATION La présente invention concerne un ruban enduit conducteur, c'est-à-dire un ruban dont le caractère conducteur d'électricité est obtenu par l'enduction dont il est revêtu Elle concerne également le procédé de fabrication d'un tel ruban, qui a sa principale application dans le domaine du bobinage de moteur électrique. Compte-tenu de l'application visée, le ruban enduit conducteur doit répondre à bon nombre de caractéristiques Il doit bien sûr présenter une bonne conductivité électrique, qui est généralement définie par la valeur de sa résistance électrique superficielle ou de surface; par exemple cette résistance spécifique superficielle sera au plus de 3 000 ohms/cm 2 et ne sera pas modifiée après application du vernis polyester époxy en milieu styrène après bobinage Il doit être suffisamment souple pour supporter les conditions normales de bobinage Par ailleurs le ruban enduit,avant finition, doit être résistant au frottement. Selon les études faites par les demandeurs, aucun des rubans enduits conducteurs actuellement sur le marché ne donne une totale satisfaction au regard de ces trois critères: résistance électrique superficielle, même après dépôt de vernis Polyester époxy en milieu styrène, souplesse et résistance au frottement. Or on a trouvé et c'est ce qui fait l'objet de l'invention un ruban enduit conducteur qui pallie aux inconvénients précités en ce qu'il satisfait aux trois exigences ci-dessus. Le ruban enduit conducteur est constitué d'un ruban, qui est imprégné d'un produit d' enduction conducteur. Selon l'invention l'enduction conductrice est réalisée sur les deux faces du ruban à partir d'un mélange composé d'une part de plusieurs résines, l'une au moins étant du type thermodurcissable et une autre au moins étant du type thermoplastique, et d'autre part de graphite et de noir de 2 2669852 carbone en proportion telle que la résistance électrique superficielle du ruban est au plus de 3 000 ohms/cm. On sait que l'incorporation de l'élément carbone dans une résine peut rendre celle-ci conductrice dans certaines conditions Ce carbone peut se présenter sous forme de graphite qui est un carbone naturel ou artificiel cristallisé ou sous forme de noir de carbone, dont les variétés sont multiples et qui est à l'état de fines particules. Les essais menés par les demandeurs ont permis de constater qu'une enduction au graphite seul présentait une mauvaise résistance mécanique au frottement et une résistance électrique insuffisante, et qu'une enduction au noir de carbone seul présentait une résistance électrique superficielle ayant un très mauvais comportement vis-à-vis du traitement de finition à l'aide de vernis PES-époxy en milieu styrène,et que dans les deux cas le ruban pouvait être insuffisamment souple. C'est le mérite de l'invention que d'avoir combiné non seulement les deux types de carbone comme conducteurs, mais aussi deux types de résine, la résine thermoplastique apportant à l'enduction une certaine souplesse, alliée à la résine thermodurcissable qui confère à l'enduction une bonne résistance au frottement. De préférence la résine thermodurcissable est une résine mélamine-formol et la résine thermoplastique est une résine acrylique. Avantageusement la proportion de résine thermodurcissable dans le mélange de résines est au moins des deux tiers. Le ruban proprement dit est par exemple à base de fils ou fibres de verre ou bien à base d'un mélange fils ou fibres de verre et polyester Le ruban peut être un ruban tissé ou un non-tissé. L'enduction conductrice représente de 25 à 75 % en poids du ruban enduit. C'est un autre objet de l'invention que de proposer un procédé de fabrication du ruban enduit conducteur précité Ce procédé comporte les étapes successives suivantes a imprégnation,plein bain et sous tension mécanique,du ruban dans un mélange composé d'une part d'au moins une résine thermodurcissable et d'au moins une résine thermoplastique en émulsion aqueuse compatible et d'autre part de graphite et de noir de carbone en dispersion b raclage double face; c traitements thermiques. Selon la version préférée du procédé, les trois opérations d'imprégnation, raclage et traitements thermiques sont faites en continu et suivies d'une opération d'enroulement du ruban ainsi enduit; l'opération de dépôt du vernis esty- réalisée dans une étape ultérieure, après bobinage. Les traitements thermiques comportent un pré-séchage par rayonnement infra-rouge, un séchage par rayonnement IR et /ou par convection air chaud suivi d'un traitement de réticulation. Au moins au cours du pré-séchage et du séchage le ruban a une direction verticale; dans ce cas le raclage double face est obtenu par passage du ruban imprégné sur deux racles disposées de part et d'autre de celui-ci de telle sorte que le ruban soit légèrement incliné d'un premier angle c par rapport à la verticale entre la sortie de l'imprégnation et la première racle, qu'il est incliné d'un second angle A au plus égal à 450 par rapport à la verticale entre les deux racles et que chaque racle est sensiblement perpendiculaire à la direction que fait le ruban en amont de la ligne de raclage correspondant à ladite racle. Cette disposition particulière permet d'obtenir une enduction parfaitement régulière sur les deux faces du ruban; notamment elle évite les irrégularités dues aux coulées de produit d'enduction d'une face sur l'autre. De préférence l'angle c L est compris entre 5 et 15 l'angle 3 est compris entre 20 et 45 . On conçoit que les valeurs des angles c description qui va être faite d'un exemple de réalisation de ruban enduit conducteur et de son procédé de fabrication, illustré par le dessin annexé dans lequel la figure unique est une vue schématique de côté de l'installation d'enduction et de traitement thermique. Le ruban enduit conducteur dont on va décrire la fabrication est destiné principalement au bobinage des moteurs électriques. Le ruban de départ est un ruban tissé d'environ l O Og/m 2 obtenu à partir de fils de verre ou éventuellement de fils en mélange verre/polyester. Le bain d'enduction est constitué d'un mélange aqueux d'au moins cinq ingrédients: une résine type mélamine-formol, son catalyseur, une résine acrylique, du graphite en dispersion aqueuse ou sous forme de gel colloïdal et du noir de carbone en dispersion aqueuse Le bain est préparé par mélange direct dans l'eau de ces cinq composants à l'aide d'un disperseur, éventuellement en présence d'autres produits tels épaississants, adoucissants, lubrifiants, plastifiants. A titre non limitatif on peut donner les proportions suivantes: 200 g d'une solution commerciale de résine mélamine-formol, g d'une solution de catalyseur, g d'une dispersion commerciale de résine acrylique, 2509 d'une dispersion commerciale de graphite, 250 g de noir de carbone dispersé dénommé Noir pigmentaire 7. Le bain d'enduction 1 ainsi préparé est placé dans le bac 2 d'imprégnation de telle sorte qu'il recouvre constamment les barreaux de détour 3,4. La bobine 5 d'alimentation du ruban 6 à enduire est montée sur un axe rotatif 7 éventuellement entraîné en rotation de 2669852 manière synchronisée avec l'axe de rotation 8 de la bobine 9 de réception du ruban 10 enduit. La tension mécanique du ruban 6 alimenté à partir de la bobine 5 est contrôlée par le dispositif Il qui est constitué d'un embarrage à quatre barres cylindriques 12,13,14, 14 ' autour desquels passe le ruban 6 Deux des barres 12,14 sont déplaçables en hauteur par translation ou rotation par rapport aux deux autres barres 13, 14 'qui sont fixes en position la position des barres mobiles 12,14 est asservie à un système de contrôle et de régulation de la force développée par le passage du ruban 6. Après le passage dans le bain 1 d'imprégnation, le ruban est dirigé vers un premier four vertical de pré-séchage 15 immédiatement suivi d'un four de séchage 15 ' Entre le barreau de sortie 4 du bac d'imprégnation 2 et l'entrée du four de pré-séchage 15, le ruban imprégné est raclé sur ses deux faces par les deux racles 17,18 tout en suivant un parcours au long duquel il occupe trois directions différentes. Dans une première zone s'étendant entre le barreau 4 et la première racle 17, le ruban 16 est légèrement incliné et forme un anglec Dans une deuxième zone s'étendant entre la première racle 17 et la seconde racle 18, le ruban 16 est incliné et forme un angle ô d'environ 300 par rapport à un plan vertical. Dans une troisième zone s'étendant entre la seconde racle 18 et le rouleau de détour 19, et passant à travers le four de séchage 15, le ruban 16 a une direction sensiblement verticale. Les deux racles sont des lames métalliques d'environ 1 à 1,5 mm d'épaisseur; l'extrémité en contact avec le ruban est légèrement arrondie et correspond à la ligne de raclage. Comme cela apparaît sur la figure, chaque racle 17,18 est sensiblement perpendiculaire à la direction prise par le ruban 16 en amont de la ligne de raclage correspondant à ladite lame. Cette disposition particulière des racles 17,18 par rapport au ruban 16 imprégné permet d'obtenir une répartition régulière 6 2669852 dans le temps de l'enduction. Une certaine quantité de bain est emportée par le ruban 16 du fait de la mouillabilité naturelle du ruban 6,de la vitesse de défilement, de la nature du bain et de sa viscosité Le passage sur la première racle 17 élimine l'excès de bain se trouvant sur la face 16 a du ruban 16 au regard de la ligne de raclage correspondante Cet excès peut librement s'écouler vers le bac 1 le long de cette face 16 a. Le passage sur la seconde racle 18 élimine l'excès de bain se trouvant sur la face 16 b du ruban 16 au regard de la ligne de raclage correspondante Cet excès va s'écouler le long de la face 16 b, et sans goutter sur l'autre face 16 a du ruban ni sur l'autre racle 17 Ce résultat est obtenu grâce aux valeurs des angles, et à l'écartement entre les deux racles 17, 18, qui est dans le cas présent de l'ordre de 5 cm. La quantité de bain emportée par le ruban 16 après passage sur les racles 17,18 est fonction de la nature du ruban, de la tension mécanique exercée sur le ruban, de la concentration du bain et de sa viscosité. Les fours de pré-séchage 15 et de séchage 15 ' comportent des émetteurs à rayonnement infra-rouge respectivement moyens et longs Leur puissance calorifique est réglée en intervenant sur l'alimentation électrique des émetteurs de telle sorte que l'enduction soit suffisamment sèche à la sortie du four 15 pour que le ruban puisse passer sans formation de défaut sur le rouleau de détour 19. Le four de séchage 15 ' peut aussi être un four à convection par air chaud. Le ruban passe ensuite, selon une direction horizontale, dans le four de réticulation 20, qui est un four à convection à plusieurs étages dont la température de chacun est régulée par un système capteur régulateur non représenté sur la figure de façon à obtenir un degré de réticulation tel que la résistance électrique superficielle soit inférieure à 3 000 Ohms/cm. Dans l'exemple précis de réalisation la régulation du four était basée sur une température de 1450 C pour un taux d'emport final de l'ordre de 60 %. La température du four de réticulation 2 est une caractéristique importante dans la mesure o, si elle est trop élevée et que la réticulation des résines est excessive,le ruban est cassant et o, si elle est trop basse et que la réticulation est insuffisante, le ruban n'est pas assez conducteur. On comprend qu'il revient à 1 ' homme du métier par simple expérimentation de déterminer les conditions de régulation optimales en fonction du mélange de résines, de graphite et de noir de carbone constituant le produit d'enduction. Le ruban 10 obtenu a été testé quant à son comportement après dépôt du vernis Polyester époxy en milieu, styrène de finition: sa résitance électrique spécifique superficielle était comprise entre 1000 et 1500 ohms/cm,2 sa souplesse était suffisante pour le bobinage et il n'a pas été remarqué de salissure lors des diverses manipulations. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui a été décrit à titre d'exemple non exhaustif, mais en couvre toutes les variantes. REVENDICATIONS 1 Ruban enduit conducteur constitué d'un ruban revêtu d'un produit d' enduction conducteur caractérisé en ce que l'enduction conductrice est réalisée sur les deux faces du ruban à partir d'un mélange composé d'une part de plusieurs résines, l'une au moins étant du type thermodurcissable et l'autre au moins du type thermoplastique, et d'autre part de graphite et de noir de carbone en proportion telle que la résistance spécifique superficielle du ruban est au plus de 3 000 ohms/cm 2 Ruban selon la revendication 1 caractérisé en ce que la résine thermodurcissable est une résine mélamine-formol et la résine thermoplastique est une résine acrylique. 3 Ruban selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que la proportion de résine thermodurcissable dans le mélange de résines est au moins des deux tiers. 4 Ruban selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'enduction conductrice représente de 25 à 75 % en poids du ruban enduit. Ruban selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le ruban est un ruban tissé ou non-tissé, en fils ou fibres de verre seuls ou en mélange avec du polyester. 6 Procédé de fabrication du ruban enduit conducteur selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte les étapes successives suivantes: a imprégnation plein bain et sous tension mécanique du ruban dans un mélange composé d'une part de plusieurs résines, l'une au moins étant du type thermodurcissable et l'autre au moins du type thermoplastique, et d'autre part de graphite et de noir de carbone en dispersion aqueuse b raclage double face; c traitements thermiques. 7 Procédé selon la revendication 6 caractérisé en ce que les trois opérations d'imprégnation, raclage et traitements thermiques sont faites en continu et suivies d'une opération d'enroulement du ruban ainsi enduit. a. 8 Procédé selon la revendication 7 caractérisé en ce que le traitement thermique comporte un pré-séchage, un séchage par rayonnement infra-rouge suivi d'un traitement de réticulation proprement dit. 9 Procédé selon l'une des revendications 6 ou 7 caractérisé en ce que, au moins au cours du séchage le ruban ayant une direction verticale, le raclage double face est obtenu par passage du ruban imprégné ( 16) sur deux racles ( 17,18) disposées de part et d'autre de celui-ci de telle sorte que le ruban est légèrement incliné d' un premier angle E ladite racle. Procédé selon la revendication 9 caractérisé en ce que l'angle i est compris entre 50 et 150 et l'angle/A est compris entre 20 et 450. 11 Procédé selon la revendication 8 caractérisé en ce que le traitement de réticulation est régulé en sorte d'obtenir un ruban souple ayant une résistance spécifique superficielle d'au plus 3.000 ohms/cm 12 Procédé selon la revendication 11 caractérisé en ce que, pour un produit conducteur d'enduction à base de mélamine-formol et de résine acrylique et un taux d'emport final de l'ordre de 60 %, le traitement de réticulation a lieu à une température de l'ordre de 1450 C.