Brevet FR2033240A1 — publié le 19701204

La présente invention est relative à un appareil d'électrisation et, plus particulièrement, à un tel appareil au moyen duquel 1*électrisation est développée par percussion et non par triboélectrisation. Il eut Dieu connu que lorsque deux échantillons de substances dis-5 tinctes sont portées directement au contact l'une de l'autre, il s'établit une différence de potentiel entre leurs surfaces respectives, cette différence de potentiel déterminant une migration de charges entre ces surfaces» Lea potentiels de surface établissent une électrisation dont le niveau dépend de nombreux facteurs parmi lesquels interviennent principalement 1.0 l'intimité et la durée du contact. L'électrisation par contact superficiel est utilisée pour étudier les propriétés d'électrisation des subxances. pour cela, on porte les surfaces des deux échantillons à étudier au contact de l'une de l'autre. On les maintient ainsi pendant un certain temps et on les sépare ensuite, la charge portée par chaque surface étant enfin 15 mesurée par des moyens convenables. Une telle technique laisse à désirer. Elle n'indique pas commodément la "tendance à 1'électrisation" de la substance dont le degré d*électrisation est très lié a la durée et de l'intimité du contact superficiel. Un outre, cette technique n'indique pas non plus la tendance à la "décharge par étincelle" phénomène qui n'est pas 20 seulement lié à la facilité d'électrisation de la substance, mais également • à la nature et à la configuration des surfaces en contact. En ce oui concerne la mesure de la "tendance à la décharge par étincelle", 1'électrisation par contact suivant la technique antérieure produisait un champ trop faible pour conduire à cette décharge ou si celle-ci intervenait 25 quand mime, il devenait ensuite pratiquement impossible de mesurer le niveau de l'électrisation conduisant à cette dr'charge ou d'évaluer la position du niveau de cette électrisation par rapport à un certain seuil. Pour éviter les inconvénients de la technique antérieure en ce domaine, on propose suivant l'invention d'établir une électrisation au moyen de 30 courtes percussions bien nettes et d'une certaine intensité, en employant pour cela le rebond libre d'un échantillon de la substance électrisable par rapport à un autre. la revue des Btats-Unis d'Amérique "The Journal of Applied Polymer Science" volume 12 pages 1515-153^>1S60 contient- un mémoire relatif à cette technique et intitulé ,:IJpoxy I-olymers. IV Impact 35 Induced Voltage Génération" Auteur : I;.E. Cljû'HEELL (Sandia Corp.). L'utilisation d'uno percussion à deux buts s tout d'abord elle permet de définir avec une précision suffisante des contacts de courtes durées bien définies. En outre, la percussion permet d'obtenir une application plus intime des deux surfaces à l'impact car elle permet de chasser l'air 40 adsorbé par ces surfaces au nivoau ciu contact. Ainsi, le premier contact 8a0 orisinm- 70 01324 2 2033240 pcrcuctif d'une substance no a conductrice» , par • exemple, contre une autre détermine la fertnation d'uno charge électrique mesurable bien définie sur chaque substance, Ici valeurs de ces charges étant caractéristiques de la tendance des substances concernées à s'èlectriser. Après cela, la répé-5 titioii de percussions à libre rebond des échantillons l'un contre l'autre font croître leurs charges respectives jusqu'à un certain niveau (ces accroissements s'opérant suivant une certaine- progression corme on le verra plus loin). En d'autres termes, le second contact percussif à libre rebond ne dissipe pas la charge formée par le premier, mais ajoute un incrément . 10 d© charge à la charge précéderament formée. Similairement, la troisième percussion accroît encore la charge établie après la seconde et ainsi de suite. Conune on l'a dit plus haut, la tendance à la décharge en étincelle dépend dans une large mesure de la nature et de la structure des surfaces 15 électriséee. Si l'on doit mesurer cette tendance, on doit produire cette décharge. Il faut en outre, mesurer la charge juste avant la décharge. Comrae en l'a également vu plus haut, les techniques antérieures utilisées pour 1'électrisation n'étaient pas suffisantes pour former une charge assez grande pour conduire à cette décharge. En outre, il est clair qu'une simple 20 percussion ne permettrait pas d'arriver au résultat recherché. Pour amplifier l'effet de 1'électrisation par percussion pour le but de produire une décharge par étincelle, on propose suivant l'invention de mettre en oeuvre, d'...na le cas où l'on utilise l'invention dans un appareil d'J.tûde de la tendance d'un film photographique, par exemple, à se déchar-25 ger par des étincelles, une paire de béliers se déplaçant sur le môme axe. Une pièce de matière plastique est placée sur la tête de chaque bélier et le film est disposé entre les béliers sur leur axe. La pièce de matière plastique placée sur un des béliers est portée au contact d'une des faces du film tandis que le second bélier (et la piôco de matière plastique 30 qu'il porte) vient percuter ensuite l'autre face du fiiœ en déterminant ainsi le rebond libre du premier bélier qui s'écarte alors du film. Lorsque le second bélier s'écarte enfin du film, la pièce de matière plastique qu'il porte "voit" une charge amplifiée c'est-à-dire la charge qu'elle a elle-raône produit additionnée de la- charge formée dans la pièce 35 de matière plastique portée par le bélier qui a rebondi, telle qu'elle est vue à travers le diélectrique constitué par la film. I-es répétitions successives de cette procédure déterminent l'accroissement progressif des charges portées par le film et les pièces de matière plastique jusqu'à un certain niveau d'électrisation soit atteint, ou jusqu'à ce qu'une étincelle 40 apparaisse.il est à noter que l'étincelle apparaît à un niveau d'élecxri- bad original 70 01324 2033240 nation inférieur b. celui obser^ avec los dispositifs &•élcotriaction do la technique antérieure ou av.-o une sioplo -ôrcuosion. Cn raciarquera que l'on pourra opérer diverse a- aortes ds notaires avec un agenciaent à doux: belier-s eu type décrit plues haut. lin outre, suivant 5 que Ion bcliera portent des échantillons de la'oduits semblables eu : on ou suivant que l'un des béliers est :nis à la ruasse ou non, etc. on pourra simuler diverses conditions d'• électrisation. Par exemple, on ce qui concerne la technique décrite plus haut, on pourra étudier les propriétés d'électrisation d'une cassette de film articulée en Dâtière plastique. 10 La présente invention a pour but de réaliser un appareil peraettant d'électriser une pièce d'une certaine substance avec une certain*:- charge fonction de la nature de cette substance. La présence invention a encore pour but de réaliser un appareil de détermination de la tendance à 1'électrisation de produits isolants, et 15 de la tendance présentée par cea produits à.se décharger par étincelle. L'invention a enfin pour 'rat de réaliser un appai-eil utilisable pour simuler diverses conditions d* électrisation desî substances. L'appareil suivant l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend un premier percuteur et un second percuteur, le premier/un^ecSantillon 20 d'un produit isolant à èlectriser, des agencements de support sur lesquels sont montés ces percuteurs de façon à permettre la percussion de ceux-ci en autorisant leui libre rebond après l'impact, des moyens déterminant la percussion de l'échantillon fixé sur le premier percuteur contre le second percuteur de manière à charger électriquement cet échantillon. 25 Au dessin annexé? donné s oui en ont L titre d'exer.::le % - la Fig. 1 est une'vue en perspective schématique d'un appareil d'étude suivant l'invention ; ~ — - la Fig. 2 est une vue en coupe d'une tête d'un bélier utilisé dans l'appareil de la Fig. î f 30 — la Fig. 3 est constitués d'une série de schémas utilisés pour décri re le fonctionnement de l'appareil de la Fig. 1 ; - la Fig. 4» est une représentation graphique de la progression de la charge eu fonction des impacts ïjuccessifs appliqués aux produit s t étudier. On se réfère à la Fig. 1 où l'on a représenté l'appareil suivant 35 l'invention qui comprend deux béliers coaxiaux 10 et 12. Le bélier 10 ost couplé h \;.n cylindre pnematâ qus 14 qui lui permet de se déplacer dans les deux sens parallèlement à aon axe. Le bélier 12 est lié de la ciee façon à un cylindre pneumatique 1C. Vu injecte sélectivement de l'air dans le cylindre 14 au Doyen do «oupapec- 1B et 20, cet air s'échappant sélecti-40 venent de ce cylindre par les soupapes 22, 24. Du façon siœiluixe» les bad original 70 01324 4 2033240 soupapes 26, 28 jouent pour le cylindre 16 le rôle de soupapes d'admission tandis c On place une bande de film 36 dans un support 37 entre les "béliers, sur la trajectoire des déplacements de ceux-ci. Les faces du film sont orientées perpendiculairement à cette trajectoire. Lorsque les béliers se déplacent l'un vers l'autre sans qu'un film 36 soit interposé entre-eux, ils peuvent 10 percuter l'un contre l'autre. La configuration de la tête d'un bélier est représentée sur la Fig. 2. Une pnèce d'entretoisement 38, alésée et constituée en un matériau non conducteur, sert à isoler électriquement un embout en acier inoxydable 40 du reste du bélier. Cet embout est relié électriquement à un conducteur 42 au moyen d'un ressort 44, glissé dan3 15 l'alésage de la pièce 48, et d'une vis 46. Une nince rondelle en caoutchouc 48, peut, suivant la nature des substances à étudier, être placée en arrière de l'embout 40,en vue d'absorber l'énergie mécanique des chocs. Un échantillon 50 d'un.produit d'essai à électriser» soit ici une matière plastique, est fixé convenablement sur l'embout 40 (par exemple au moyen 20 .d'une colle conductrice). Le fonctionnement de l'appareil s'établit comme suit (Fig. 3). Les béliers 10 et 12 étant dans leur position de retrait (a, Fig. 3) la minuterie 34 forme un signal qui ouvre les soupapes 18 et 22," ce qui entraîne un échantillon du produit d'essai contre mie des faces du film 36 (b, 25 Fig. 3). La soupape 18 s'ouvre ensuite tandis que la ainuterie 34 ouvre la soupape 24•Apres cola, les soupapes 26" et 30 s'ouvrent pour que le bélier 12 vienne percuter l'autre face du film 36 (o, Pig. 3). Comme à cet instant les valves 22 et 24 sont ouvertes, le bélier 10 rebondit en arrière en s'écartant du film 36 et en entraînant l'échantillon qu'il supporte, à 30 l'écart du film, cet échantillon retenant une charge électrique. Enfin (d, Fig»- 3) les béliers 1C et 12 reviennent tous deux à. leur position de repos sous l'action de signaux appropriés appliqués aux soupapes 20,24»2fi» 32, la même séquence pouvant ensuite répétée. Avant de poursuivre la description de l'appareil suivant l'invention, 35 il est utile d'expliquer la raison des déplacements particuliers des béliers 10,12. Ceux-ci sont limités de manière à ce que n'apparaisse aucun frottement entre l'échantillon d'essai et le film. En effet on cherche à mesurer une charge due à uns électrisation par un seul impact et non par un frottement; pour caractériser la tendance à 1'électrisation de l'échantillon. 40 -Les charges qui apparaissent sur l'échantillon d'essai porté par le bad original 70 01324 5 2033240 bélier 10 et sur l'échantillon d'essai placé sur le bélier 12 sont appliquée» par induction à un élisent intégrateur 64» par l'intermédiaire d'interrupteurs 60, 62. Les interrupteurs 60, 62 permettent la réalisation de divers types de ce jures qui,, cocme on l'a vu plus haut, sont réalisable 5 avec l'appareil de la iaig. 1. Cela signifie que» suivant que l'on force l'un ou l'autre des interrupteurs ou les deux et suivant la nature des échantillons fixés sur les .béliers ou placés entre ces béliers» on. pe^it simuler diverses conditions u.'.'1. ctrisation. La Fit;. 1 représente un appareil agence de manière à simuler l'électrisation d'un, filin "placé dans t 10 une cassette articulée en matière plastique. Les chargea additionnées sont sommées par un intégrateur 66 puis appliquées par exemple à un voltmètre 68 présentant une forte impédance d'entrée, et/ou à un enregistreur 70 du type à ruban mobile, tel que par exemple un enregistreur type V.C.ï". 5 fabriqué aux Ïïtaus-Unis d'..mérique 15 par la firme 13 au s ch and Lotib. la Pig. 4 représente un enregistrement résultant de percussions successives numérotées de 1 à T. La charge au début dey opérations, avant le premier impact étant nulle, la charge qui apparaît après celui—ci est représentative de la tendance des échantillons considérés â s'électriser 20 puisque cette charge résulte exclusivement de cet impact. J3n plaçant la tête du bélier 10 contre le film 36 avant le second impact, on ramène la charge mesurée en unités électrostatiques à C. Après le second impact, cependant, la charge accumulée qui est enregistrée atteint un niveau supérieur à celui apparu après le premier impact. La raison en est que 25 lorsque la tête du bélier 10 est placée contre le film .56 avant le second impact ,1a migration des charges s'opère dans le même sens qu'avant le premier impact et ceci, malgré la nullité de la change mesurée avant le seoond. En d'autres termes, les charges en question sont liées à l'interface séparant l'échantillon d'essai placé sur le bélier 1C et le film 30 36 bien que ces charges soient placées de façon appropriée sur 1s film et l'échantillon d'essai. - Chaque impact successif détermine l'accroissement de la charge enregistrée, jusqu'au sixième impact po-.r le cas en question. Cn remarquera que chacun des impacts successifs, jusqu'au septième, détermine un 35 accroissement incrémentiel de la charge mesurée en unités électrostatiques oue l'on peut prévoir comme étant environ égal au 7/S ë-e l'accroissement précédent. Le septième impact provoque une décharge par étincelle et la charge oui est ai nui c'.issipce e.-t "telle que les charges accumulées aux sixième e"fc septième peroussions sont a peu près égales. 40 Comme on l'a vu plus haut, 1,'. tendance la décharge par ù1 inc 70 01324 6 2033240 liée à 3.2, structure et la nature des substances .concernées et pour faire une mesure significative do cette tendance, il eut nécessaire de fàir:* apparaître ccite d-'o-iirge et de rassurer la charge juste avant la décharge. La Fig. montre que le point de décharge par étincelle est ïr.eaurable, 'lur la :,,ig. 3 (c et d) on a schénatis* le fait que lorsque le bélier 12 est écarté du film 36, il "voit" une charge double au travers du diélectrique constitué par le î'ilr.i ce qui net eu évidence une plus grande facilita ù obtenir une étincelle par ce no,yen que par la technique antérieurs qui consistait à établir un?, électrisation par simple contact sans percussion. Après qu'une r.esure, (Fig. 4) ait été réalisée, la procédure entière peut être répétée si on le souhaite pour obtenir de nouvelles mesures. Ces nouvelles mesures reproduisent assez fidèlement celles représentées •' sur la Pig. 4» - Pour réaliser des mesures répétées, cependant, les charges produites par l'impact doivent être annulées. A cet effet, on utilise deux dispositifs PQ émettant tin rayonnement de particules alpha à partir de polonium par exemple, ce3 dispositifs étant dégagés brièvement de leurs écrans protecteurs et appliqués contre les échantillons d'essai et le film 36 afin d'ioniser les régions qui séparent les têtes des béliers 10 et 12 et le film 36. ïl est du domaine de l'invention d'utiliser des organes de percussion pendulaires ou commandés par des électroaimants. On pourrait également modifier la minuterie 34 de façon que les qycles de fonctionnement de l'appareil ce répètent automatiquement et éliminez" le recouvrement des trajectoires des deux béliers si l'échantillon d'essai est d'une épaisseur suffisant e. Il est clair enfin que l'invention pourrait recevoir d'autres applications, en éloctrophoto; ;r ar-h. i e par exemple. bad original 70 01324 7 2033240 C* vJ. J-C'-i- Li 1 - .-ppareil pour 1'électrisation par percussion d'échantillons de produits ieol.:.ï.~,s, caractérisé en ce qu*il comprend un premier percuteur et un second percuteur, le premier portant un échantillon d'un produit 5 isolant à éleotrioer, des agencements ce. support sur lesquels sont ncntés ces percuteurs de façon t. peimettre lu percussion ds ceux-ci en autorisant leur libre rebord après l'impact, des moyens déterninant la percussion de l'échantillon fizié sur le preraiei percuteur contre le second percuteur de manière à charger électriquement cet échantillon. 10 2 — Appareil conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'un dispositif de commande agit sur les moyens de percussion et sur le second percuteur peur déterminer des percussions répétées de 1*échantillon avec le second percuteir- afin d'accroître la charge formée sur l'échantillon jusqu'à un certain niveau. 15 3 - Appareil conforme à la revendication £, caractérisé en ce que la partie ûu second percuteur qui entre en contact avec 1 échantillon est en un matériau isolant. . 4 — Appareil conforme à 1 'uns quelconque des revendications, caractérisé en ce que les agencements de support des percuteurs sont disposés de maniè— 20 re que la percussion de ceux-ci ne développe pas des frottements susceptibles de for&ea- des charges d'orl-ine triboéleotrique. 5 - Appareil conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'il compieua un organe de support qui interpose une pièce, limités par deux faces et constituée d'une certaine substance, entre les peicuteurs, les 25 moyens de percussion commandant alors les percuteurs de manière à développer une percussion de ceux-ci, par 1 ' interméaraire. de. celte substance pour former des charges électriques sur au moins un échantillon porté par un percuteur, et un agencement électrique alimenté par ces charges. 6 - Appareil conforme à la revendication 5, caractérisé eu ce que les 3C moyens de percussions sont cc.ru;,.;u;dés par un dispositif de commande de façon que le premier percuteur vienne contre une des faces de la pièce interposée, avant que l'autre percuteur frappe l'autre face de cette.pièce, ce qui provoque un rebond libre du prêtaier percuteur. 7 — Appareil conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que le 35 dispositif de commando est af t-nco de manière ù retirer le second percuteur du contact de la pièce interposée tandis que lo premier percuteur rebondit. P — Appareil conforme à l'une -.uelcoitque des revendications 5» 6 et 7» caractérisé en c-e eus i'u&enesuent électrique comprend un integrateur qui additionne les charges développées au cours d'inpacts successifs.