Brevet FR2061644A1 — publié le 19710625

La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'un électret stable possédant des propriétés meilleures que les électrets réalisés en des matériaux organiques classiques, plus particulièrement des matériaux synthétiques à poids moléculaire élevé. 5 L'invention concerne également un électret fabriqué en maintenant pendant une période importante à température convenable , dans un champ électrique élevé à courant continu, une pellicule ou une feuille de matière plastique en un matériau amorphe à poids moléculaire élevé, tel que méthacrylate de polyméthyle ou le polystyrène; un matériau cristallin à poids moculaire élevé, tel que le térêphtala-10 te de polyéthylène, le polycarbonate, le polyfluoroéthylène, et le polypropylène, un de leurscopolymères,ou un mélange^ puis à refroidir la pellicule ou la feuille à la température ambiante, pour maintenir son état polarisé pendant une période de temps importante, cet électrets pouvant être utilisé dans les domaines des transducteurs de son électrique pour les haut-parleurs et les microphones et 15 autres équipements électroniques. Parmi eux, les matériaux polaires à poids moléculaire élevé tels que le méthacrylate de polyméthyle, le téréphtalate de polyéthylène, le polycarbonate, et les résines polaires contenant du fluor, sont connus pour être des matériaux 4estinés à la fabrication d'électrets à longue durée. 20 Cependant, les électrets fabriqués à partir de ces matériaux sont utilisés pour les transducteurs de son électrique ou autres équipements et sont fréquemment utilisés dans des conditions très défavorables, par rapport aux conditions d'enregistrement normales, par exemple à une température considérablement plus élevée que la température normale. 25 Dans ces conditions défavorables, les électrets fabriqués à partir des matériaux mentionnés ci-dessus, qui sont comparativement stables dans les conditions normales, ne peuvent pas toujours maintenir leur fonction d'électret pendant une période de temps élevée. L'invention a donc pour objet un procédé de fabrication d'un électret 30 présentant une stabilité améliorée, même dans des conditions défavorables. . Cet électret présente une stabilité améliorée, et une longue durée même dans des conditions défavorables. L'électïet perfectionné conforme à l'invention est fabriqué en recouvrant une pellicule ou une feuille de matériau classique à poids moléculaire élevé 35 pour électret, d'une pellicule mince en matériau à poids moléculaire élevé ayant des propriétés d'isolement électrique importantes, et en soumettant le tout à un traitement classique de formation d'électret. Selon le procédé de l'invention. 70 32963 2 2061644 la durée de vie de l'électret est accrue dans les conditions d'enregistrement normales, ainsi que dans des conditions d'humidité élevées et de températures élevées. En outre, par application du revêtement en matériau de poids moléculaire élevé à un électret après que le matériau de base a été converti en électret 5 de façon classique, un perfectionnement similaire concernant aussi la durée de cet électret est obtenu de façon surprenante. Le matériau constituant la base de 1'électret utilisé dans l'invention est choisi parmi ceux utilisés généralement cocsme matériau d®électret, et qui peuvent être convertis en électret par des impuretés ioniques, tels que les 10 matériauxpolaires ou non polaires à poids moléculaire élevé généralement utilisés tels que le polypropylène et le polyéthylène, et parmi eux ceux ayant un point de fusion élevé. Il n'y a aucune 'limitation en ce qui concerne l'épaisseur de la pellicule ou de la feuille du matériau de base.pour l'électret, mais une feuille ayant une épaisseur d'environ, 50 à 3 000jV. est utilisée de 15 préférence. La pellicule mince de matériau isolant à poids moléculaire élevé recouvrant lê matériau de base pour l'électret peut être formée en appliquant directement aux surfaces du matériaux de base une solution du matériau à poids moléculaire élevé dans un solvant convenable, ou en appliquant des pellicules 20 préformées du matériau â poids moléculaire élevé sur le matériau de base. Le matériau à poids moléculaire élevé constituant la pellicule mince est naturellement différent du matériau à poids moléculaire élevé constituant le matériau de base, et doit présenter des propriétés d'isolement électrique supérieures au matériau de base. Cest-à-dire que le matériau à poids moléculaire 25 élevé de la pellicule niince a de préférence une résistivité volumique supérieure à 1015 su -cms et plus particulièrement supérieure à io17iî- -cm. Le matériau de recouvrement n'est pas. toujours un matériau à poids moléculaire élevé, pouvant constituer un électret stable par lui-même. Il n'y a aucune limitation particulière en ce qui concerne l'épaisseur de la pellicule de recouvrement, 30 mais généralement une épaisseur comprise entre 8 et 100yU convient tout particulièrement. Des matériaux pratiques pour recouvrir, le matériau de base sont par exemple le méthacrylate de polyméthyle, le polytétrafluoroéthylène, le téré-phtalate de polyéthylènes le polypropyle, et similaireset il doit être choisi 35 comme mentionné ci-dessus de façon que le matériau soit différent du matériau de base, et présenté une propriété d'isolement supérieure au matériau de base. 70 32963 3 2061644 Pour réaliser un électret à partir de l'assemblage laminé ainsi préparé, cette assemblage est maintenu à une température convenable déterminée par les matériau utilisé pendant quelques heures, tout en lui appliquant un potentiel élevé en continu de manière classique, l'assemblage est ensuite refroidi tout 5 en lui appliquant un potentiel électrique, puis ce potentiel électrique est retiré. Le revêtement en matériau à poids moléculaire élevé peut également être appliqué à 1'électret après que le matériau de base a été converti en électret de la manière décrite ci-dessus. L'électret laminé préparé par le procédé mentionné ci-dessus présente 10 une stabilité supérieure aux électrets préparés en traitant de façon similaire chacun des matériaux composant l'électret laminé, dans les mêmes conditions que ci-dessus, les avantages de l'invention sont donc importants. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif 15 en référence au dessin dans lequel : - la figure 1 est un schéma représentant un mode de réalisation de fabrication de 1'électret conforme à l'invention; - la figure 2 est un graphique représentant les états de décroissance des potentiels de surface des électrets conformes à l'invention avec recouvrement, 20 et de 1'électret ordinaire sans recouvrement; - la figure 3 est un graphique représentant la relation entre la variation du potentiel de surface de 1'électret et le temps en heures, dans lequel la courbe 1 représente le potentiel de surface d'un électret préparé parpolarisation sans recouvrement du matériau de base pour 1'électret , et la courbe 2 représen-25 te le potentiel de surface de 1'électret de l'invention préparé par polarisation après recouvrement du matériau de base; - la figure 4 est un schéma en coupe représentant un électret préparé par recouvrement en un matériau ayant des propriétés électriques excellentes, d'un électret polarisé de manière classique; et .30 - la figure 5 est un graphique représentant les croissances des poten tiels de surface (V) à 80°G d'un électret et qui n'a pas été recouvert après polarisation, et d'un électret qui a été recouvert après polarisation.- Sur la figure 1, une feuille 1 en un matériau de base ci-dessus mentionné pour l'électret présente sur ses faces opposées des pellicules 3 et 3 ' en un ma-35 tériau très isolant à poids moléculaire élevé, et l'assemblage est placé entre les électrodes 2 et 2'. Tout le système est placé dans une pièce à température constante. 70 32963 4 2061644 Dans le cas. de réalisation de 1®électret, la pièce 5 est maintenue à une température convenable, et un potentiel en courant continu est appliqué aux électrodes par une source de courant continu, puis après refroidissement de la pièce à la température ambiante, le potentiel en courant continu est retiré. 5 L'électret laminé produit par le procédé de l'invention présente une stabilité supérieure aux électrets fabriqués en utilisant chaque matériau seul composant 1'électret laminé. L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples suivants : Exemple 1 Sur les faces opposées d'une feuille ayant une épaisseur de 700^u préparée en moulant un mélange-de 70 parties en poids de fLucrure de polyvinylidène et 30 parties en poids de méthacrylate_ de polyméthyle sont fixées deux pellicules de 10yU de polytétrafluoroéthylène "TefIon"(marque déposée par Du Pont) et l'assemblage est inséré entre deux électrodes. Un potentiel en courant continu de 50 kilovolts/cm est appliqué aux électrodes pendant une heure à 120°Ç, puis tout en continuant l'application du potentiel en continu, le système est refroidi à la température ambiante. Puis, le potentiel électrique est retiré, et 1'électret ainsi produit est enroulé en feuille mince, et placé dans un bain d'air à 80°CS et pendant ce temps la variation du potentiel de surface est mesurée à l'aide d'un potentiomètre rotatif du type à secteur dont le résultat est représenté dans la figure 2 courbe (a). En outre, la même expérience est répétée dans le cas où aucune pellicule de"Teflon"n'est appliquée sur la feuille de base et la variation du potentiel de surface est représentée sur la figure 2 courbe (b)„ . Exemple 2 Le même procédé que dans l'exemple 1 est répété en utilisant divers 30 matériau pour la base de 1'électret et pour le matérieu de recouvrementa comme représenté dans* 1$ t$£sie#u3Équi suit,,|£et dans ce cas, le potentiel de surface ' - - - maximum et la période de temps nécessaire pour abaisser le potentiel de 500 volts sont représentés dans ce même tableau. Exemple_3 35 Une feuille de base ayant une épaisseur de 700. ^u préparée en.extradant un mélange en forme de boulettes de 60 parties- en poids de -fluorure de polyvinylidène et 40 parties en poids de méthacrylate de polyméthyle à l'aide d'un 15 20 ÔAd ORIGINAL t 70 32963 5 2061644 extrudeur à matrice en T et immergée dans une solution de benzène à 10% de polystyrène, puis cette feuille est retirée de la solution, le solvant est évaporé à la température ambiante pour obtenir une feuille revêtue de polystyrène. La feuille ainsi obtenue est placée entre deux feuilles de papier ayant chacune 5 une épaisseur de 30yU puis le tout est inséré entre les électrodes. Un potentiel en courant continu de 50 kilovolts/cm est ensuite appliqué aux électrodes pendant 60 minutes à 100°C dans un bain d'air, et l'assemblage est refroidi à la température ambiante, tandis que le potentiel est appliqué. Après retrait du potentiel électrique, les électrodes et les feuilles de papier sont retirées, et la 10 feuille d'électret ainsi préparée est recouverte d'une feuille d'aluminium, et placée dans un bain d'air* à 80°C. Pendant cette période, la variation du potentiel de surface de 1'électret est mesurée à l'aide d'un potentiomètre rotatif du type à secteur. La variation du potentiel de surface de 1'électret avec le temps est représentée dans la figure 3, courbe 1, tandis que la variation du potai-15 tiel de surface d'un électret préparé de la même manière que ci-dessus, mais sans revêtement de la surface de la feuille de base par le polystyrène, est représentée dans la même figure courbe 2, dans un but de comparaison. Il ressort des résultats que la stabilité du potentiel de surface de la courbe 1 est remarquablement supérieure à celle de la courbe 2, ce qui prouve les avantages considé-20 rables de l'invention, Exemgle_4 Une feuille ayant une épaisseur de 700^u est préparée en extrudant un mélange en forme de boulettes de 70 parties en poids de fluorure de polyvinyl-25 idène, et 30 parties en poids de méthacrylate de polyméthyle", de la même manière que dans l'exemple 3, et placée entre deux feuilles de papier poreuses ayant une épaisseur de 30^u, puis insérée entre des électrodes. Un potentiel en courant continu de 30 kilovolts/cm est appliqué aux électrodes pendant 60 mn à 150°G dans un bain d'air, et tout en appliquant le potentiel électrique l'as-30 semblage'est refroidi à la température ambiante. Après retrait du potentiel,-un certain nombre de petite trous est percé dans la base de l'électret, par un procédé mécanique, de manière à obtenir une porosité de 5%, et la base de 1'électret est immergée dans une solution de benzène à 10% de polystyrène, ou une solution de dichloroéthane à 10% de polycarbonate. Après retrait de 1'électret 35 de la solution , le solvant est évaporé à la température ambiante, pour la feuille d'électret revêtue de polymère tdi que représentée sur la figure 4-La feuille d'électret est recouverte d'une feuille d'aluminium et placée dans un bain d'air à 80°C. Pendant ce temps, la variation de-potentiel de surface de 70 32963 6 2061644 l1 électret en fonction du temps est mesurée à l'aide d'un potentiomètre rotatif du type à secteur, les résultats étant représentés sur la figure 5. Sur la figure 5, il apparaît que par rapport à un électret non perforé tel que représenté par la courbe 1, la feuille d'électret perforée mécaniquement 5 d'un trou dont le diamètre est est de 3 mm et un intervalle entre trous de 8mm présente une durée de vie réduite, telle que représentée par la courbe 2. En recouvrant la feuille d'électret perforée à durée de vie ainsi réduite telle que représentée sur la courbe 2 par du polycarbonate ou du polystyrène, la durée de vie de 1'électret est augmentée telle que représentée sur les courbes 10 3 et 4, et cet électret est dans chaque cas amélioré. L'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décritess- et l'homme de l'art pourra y apporter diverses modification sans pour autant sortir de son cadre. TABLEAU N° Matériau de 1'électret Résistance électrique de la base logj2..m Matériau de recouvrement Résistance électrique du matériau log_fl_m Potentiel de surface maximum Temps nécessaire à la réduction (heures) 1* Fluorure de polyvinylidène/méthacrylate de polyméthyle 14 rien 1200 V 5 2 ii n "Teflon" 19 1500 plus de 600 3 n n polystyrène 19 1500 plus de 1000 4 H n polyMMA 16 1500 plus de 1000 5 n n téréphtalate de 19 polyéthylène (PEJ) 1500 300 6 n n polypropylène 19 1500 450 8 Polyéthylène (basse pression) 17 "Teflon" 19 3000 100 7 * 17 rien - 3000 2 10 Polystyrène 17 "Teflon" 19 1600 200 9* n 17 rien - 200 0 12 Fluorure de polyvi-nylidène 14 "Teflon" 19 1400 100 11* Fluorure de polyvi-nylidène 14 rien - 2000 2 * Les No ls 7s 9 et 11 sont des exemples comparatifs ** Le rapport de composition en poids de fluorure de polyvinylidène/méthacrylate de polyméthyle est de 7/3 70 32963 ô 2061644 REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un électret en matériau à poids moléculaire élevé par application au matériau de base d'un potentiel 5 en courant continu à température'élevée, refroidissement du matériau tout en continuant l'application du potentiel, puis retrait du potentiel électrique, caractérisé en ce que les côtés opposés du matériau de base sont recouverts avant polarisation du matériau ou de 1'électret préparé par polarisation du matériau de base, de pellicules^minces en matériau à poids 10 moléculaire élevé présentant des propriétés d'isolement électrique supérieures au matériau de basé avant l'application du potentiel électrique. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau de base est un mélange de fluorure de polyvinylidène et de méthacrylate de polyméthyle, et le matériau à poids moléculaire élevé pour recouvrir le matériau de 15 base est choisi parmi le polytétrafluoroéthylène, le polystyrène, le méthacrylate de polyméthyle, lè téréphtalate de polyéthylène, le polypropylène. 3. Procédé selon larevendication 1, caractérisé en ce que le matériau de base est du polyéthylène, et le matériau recouvrant le matériau de base est du polytétrafluoroéthylène. 20 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau de base est du polystyrène, et le matériau recouvrant le matériau de base est du polytétrafluoroéthylène. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau de base est du fluorure de polyvinylidène, et le matériau recouvrant le matériau de base du polytétrafluoroéthylène. 6. Electret préparé selon le procédé de la revendication 1.