Brevet FR2051817A1 — publié le 19710409

i 2051817 La présents invention a pour objet un procédé de fabrication d'un électret stable ayant des propriétés excellentes. Les électrets qui peuvent conserver leur état polarisé pendant un temps considérable sont généralement constitués d'un matériau organique tel 5 que la cire de carnauba, ou un matériau diélectrique à poids moléculaire élevé tel que la résine f luorocarbonée-, et sont très largement utilisés comme transducteurs, ou autres matériaux électroniques. Un électret particulièrement apprécié doit avoir une densité de charge de surface élevée, et de décharge moindre, pendant un temps considérable. Le 10 procédé de préparation d'un électret utilisé généralement consiste à appliquer de l'énergie calorifique à un matériau diélectrique, dans un champ de courant continu convenable, tandis qu'un ion ou un dipôle interne est maintenu pendant un temps fini dans un état qui n'est plus réfrigérant, et à stopper l'alimentation d'énergie calorifique par refroidissement, ou autre moyen convenable dans 15 cet état. Les matériaux constituant 1'électret sont généralement la cire de carnauba ou un mélange de cire de carnauba, un matériau à poids moléculaire faible tel que le soufre, un matériau non cristallin à poids moléculaire élevé tel que le méthacrylate de polyméthyle, etc. et un matériau cristallin à poids 20 moléculaire élevé tel que le téréphtalate de polyéthylène, le polypropylène, le "Teflon", le fluorure de polyvinylidène, le fluorure de polyvinyle, etc., mais parmi ces matériaux, les matériaux cristallins à poids moléculaire élevé présentent plusieurs caractéristiques excellentes par rapport aux autres matériaux, en ce qui concerne la facilité de travail ou de fabrication, et la 25 résistance mécanique. Un procédé d'obtention d'un électret à partir d'un matériau cristallin à poids moléculaire élevé consiste à soumettre un matériau tendu ou non tendu, qui a déjà pris la forme d'un produit,à un champ électrique élevé d'un courant continu, dans une gamme de températures convenable entre le second 30 point de transition du matériau, et son point de fusion. Le procédé de fabrication de 1'électret conforme à l'invention consiste à refroidir un matériau cristallin de poids moléculaire élevé, après fusion et moulage, ce matériau étant dans un état non cristallin fixe, ou un état cristallin ayant un degré d'imperfection élevé, puis à traiter ce matériau dans 35 un champ de courant continu élevé, de façon classique. En d'autres termes, lorsqu'un matériau cristallin de poids moléculaire élevé, ayant été mis dans un état non cristallin ou un état proche de l'état non 70 26500 2 2051817 cristallin, est cristallisé à une température inférieure au point de fusion du matériau cristallin à poids moléculaire élevé, et supérieur au point de transition de la glace, un champ de courant continu élevé est appliqué à ce matériau cours de cristallisation, tandis qua cette cristallisation et la polarisation "■ du matériau sont effectuées simultanamant. Le refroidissement peut être effectué de manière classique par eau, par un mélange méthanol-neige carbonique, ou similaires. Ce refroidissement consistant à mettre le matériau cristallin à l'état non cristallin, ou dans un état proche de l'état non cristallin, il est nécessaire que ce matériau ne soit 10 pas exposé à une température propice à la croissance du noyau de cristal du polymère pendant un temps important. La limite supérieure de la température de refroidissement est la température de dispersion alpha. Cette température appelée température de dispersion alpha est représentée par une température de dispersion du côté des températures élevées dans le spectre de répartition 15 de la température de viscoélasticité. La dispersion alpha d'un matériau très cristallin à poids moléculaire élevé tel que le fluorure de polyvinylidène ou le polypropylène est une température de dispersion cristalline, et il est bien connu que le taux de cristallisation de ce matériau est faible pour des températures inférieures à la température de dispersion du cristal. En outre, 20 dans un matériau à poids moléculaire, élevé qui ne présente pas distinctement de dispersion du cristal, la dispersion dans le déplacement du segment de la chaîne principale d'une région amorphe apparaît comme une dispersion alpha, et dans ce cas, à des températures inférieures à la température de dispersion alpha, le déplacement moléculaire dans la région amorphe devient inactif, et 25 par conséquent, il ne se produit pas de cristallisation. Par conséquent, dans tous les cas, le taux de cristallisation est réduit à des températures inférieures à la température de dispersion alpha, et le matériau peut être refroidi à des températures inférieures à la température de dispersion alpha. En outre, il est souhaitable que la formation d'un électret 30 à partir du composé à poids moléculaire élevé soit effectuée à des températures inférieures à la température de dispersion alpha, pour obtenir une cristallisation rapide. La température de dispersion du cristal du matériau principal à poids moléculaire élevé utilisée dans la fabrication des électrets se situe par exem-35 pie aux environs de 80°C pour le polyéthylène, de 80°C pour le chlorure de polyvinylidène, de 80°C pour le fluorure de polyvinylidène du type alpha, et de 100 à 120°C pour le fluorure de polyvinylidène du type bêta. 70 26500 2051817 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, en référence au dessin annexé dans lequel : - la figure 1 représente le spectre de viscoélasticité d'un mélange 1 utilisé pour la fabrication d'un électret, - la figure 2 représente les caractéristiques comparées d'un électret fabriqué selon un procédé classique, et d'un électret fabriqué selon le procédé conforme à l'invention. Les exemples suivants illustrent l'invention sans toutefois en limiter iû la portée. EXEMPLE 1 Un mélange en fusion de fluorure de polyvinylidène et de méthacrylate de polyméthyle est utilisé dans un rapport de 70/30, et présente le spectre de 15 viscoélasticité représenté dans la figure 1, et une température de dispersion cristalline de 80°G. Ce mélange est porté à 40°C par refroidissement par l'eau. Un moulage à l'état proche de l'état non cristallin est obtenu immédiatement après l'extru—-sion du mélange. Des électrodes sont placées sur les deux surfaces de la feuille 20 extrudée de la matrice en T, ayant une épaisseur de 1 mm, et à l'état non cristallin, et un potentiel en courant continu de 50 kV/cm est appliqué aux électrodes. Cette feuille est chauffée à 150°C dans un bain d'air, à cet état, puis refroidie à la température ambiante, tandis qu'un potentiel électrique lui est appliqué .L'électret ainsi obtenu est appelé électret À. 25 En outre, une feuille préparée en refroidissant le mélange en fusion utilisé pour la préparation de 1'électret A, sans la phase de refroidissement, présente un degré de cristalli.nité d'environ 50 %, puis la feuille est soumise au même procédé de fabrication de l'électret, que pour l'électret A. L1électret ainsi obtenu est appelé électret B, 30 Les deux électrets sont placés dans un bain d'air à 80°C, et la dé charge de surface est mesurée en fonction du temps. Les résultats montrent que l'électret A préparé par le procédé conforme à l'invention présente une stabilité et une longévité telles que représentées par la figure 2, par rapport à l'électret B. 35 EXEMPLE 2 Une feuille de téréphtalate de polyéthylène non cristallin d'une épais-?eur de 1 mm préparée par refroidissement de cette feuille après fusion et moulage, 70 26500 4 2051817 est chauffée à 160°C pendant 1 h, tandis qu'un potentiel en courant continu de 50 kV lui est appliqué pour obtenir un électret. Le potentiel de surface de * 'électret ainsi obtenu est de 1 000 V, à une distance égale à 1 cm de la surface, et aucune chute de potentiel n'est observée, après trois mois. En outre, un électret préparé à partir d'un téréphtalate de polyéthylène cristallin, par le même procédé que ci-dessus, présente le même po- entiel de surface, mais celui-ci est inférieur de 600 V, trois mois après la j'abrication. L'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites, et l'homme de l'art pourra y apporter diverses modifications sans pour autant :>rtir de son cadre. 70 26500 5 2051817 REVENDICATION Procédé de fabrication d'un électret en un matériau cristallin à 5 poids moléculaire élevé, caractérisé en ce qu'il consiste à refroidir, après fusion et moulage, un matériau cristallin de poids moléculaire élevé, jusqu'à des températures inférieures à la température de dispersion du cristal du matériau de poids moléculaire élevé, puis à traiter le matériau ainsi refroidi à des températures comprises entre la température de dispersion du cristal et 10 le point de fusion du matériau, auquel on applique un champ en courant continu.