Brevet FR2196514A1 — publié le 19740315

la présente invention se rapporte à un composant résistif sensible à la pression et à son procédé de fabrication. Suivant les techniques antérieures, des composants résistif; sensibles à la pression ayant une élasticité, et destinés à convertir une contraste mécanique en une grandeur électrique, ont été fabriqués en caoutchouc conducteur, que l'on préparait en mélangeant du caoutchouc avec du graphite naturel ou artificiel en poudre, puis en soumettant le mélange à lur moulage vulcanisant pour obtenir le caoutchouc conducteur. Cependant, un tel caoutchouc conducteur a comme inconvénient s d'avoir un faible taux de variation de la résistance en fonction de la contrainte mécanique et une forte hystérésis. Par exemple, le caoutchouc conducteur-, renfermant en mélange 20 % en poids de graphite, a un taux de variation de la résistance aussi faible que 1,5, meme lorsqu'on lui applique une contrainte 2 mécanique aussi élevée que 4 kg/cm , -le taux de variation de la ré- sistance étant ici exprimé par le rapport de la valeur de la résistance sans contrainte à la valeur de la résistance avec une contrainte donnée. Bn outre, il a été également difficile d'obtenir une répartition uniforme des particules conductrices parmi le caoutchouc avec, comme résultat, un composant résistif sensible à la pression instable. Un but de la présente invention est de fournir un composant résistif sensible à la pression ayant un taux élevé de variation de la résistance pour une contrainte mécanique donnée qui lui est appliquée et ayaht une faible hystérésis. Un autre but de l'invention est de fournir un procédé de fabrication d'un tel composant résistif sensible à la pression. Un composant résistif sensible à la pression suivant la présente invention comprend une résistance préparée par moulage à chaud de particules conductrices de façon à les agréger, la surface de chacune des particules étant recouverte d'une résine polymère élastique, et des électrodes métalliques fixées au moyen d'un adhésif sur ladite résistance. Les buts et caractéristiques sus-indiqués et d'autres de la présente invention ressortiront de la description détaillée ci après en référence au dessin annexé sur lequel La figure 1 est une vue en perspective d'un composant résine tif sensible à la pression préparé suivant la présente invention. La figure 2 est unecourbe caractéristique de la résistance en fonction de la charge appliquée d'un élément résistif sensible à la pression préparé suivant la présente invention. La figure 3 est une courbe d'hystérésis du courant en fonction de la charge appliquée, avec une tension donnée:appliquée à un élément résistif sensible à la pression préparé suivant la presente invention. La figure 4 est une vue en coupe d'un composant résistif sensible å la pression préparé suivant la présente invention, ledit composant étant recouvert de rubans isolants. La figure 5 est une vue en coupe d'un composant résistif sensible a la pression préparé suivant la présente invention, ledit composant étant recouvert d'une matière plastique élastique. La figure 6 est une vue en perspective d'un composant résistif sensible à la pression-préparé suivant la presente invention le dit élement étant monté sur une plaque élastique flexible déformable sous l'effet d'une charge de traction. La figure 7 est un diagramme représentant une courbe caractéristique de la résistance en fonction de la charge de traction dans le cas d'un composant résistif sensible à la pression tel que montré à la figure 6. La présente invention a pour but de fournir un composant résistif sensible à la pression ayant une sensibilité élevée et une bonne stabilité et de fournir un procédé de fabrication de ce composanc;,procédé suivant lequel des particules conductrices sont recouvertes d'une résine polymère élastique durcie, puis sont soumises à un moulage à chaud. Dans un mode de réalisation du présent procédé, on malaxe les particules conductrices avec la résine polymère élastique de façon à former un mélange intime, puis on chauffe ce mélange Jusqu'à ce qu'il atteigne un état semi-durci, après quoi on prépare des particules conductrices enduites de la résine polymère en pulvérisant les particules semi-durcies.On agrège les particules conductrices ainsi revêtues et on les moule en leur appliquant à nouveau un traitement par la chaleur, pour fabriquer ainsi une résistance sensible à a pression ayant une faible hystérésis avec une structure uniforme et ayant un taux élevé de variation de la résistance en fonction de la contrainte mécanique appliquée. Ensuite, on fixe sur la résistance des électrodes métalliques par une méthode d'évaporation de vapeurs métalliques ou au moyen d'agents adhésifs, pour obtenir un élément résistif sensible à la pression. L'application d'une contrainte mécanique à l'élément résistf sensible à la pression ainsi fabriqué établit une surface de contact entre les particules conductrices et la variation de la pression de contact entre les particules permet de modifier la valeur de la résistance. De plus, on peut observer une déformation élastique progressive due à l'élasticité de la résine polymère servant de liant entre les particules conductrices. Les particules conductrices sont,par exemple, des particules de poudres carbonées d'une taille comprise entre environ 150 et 25 microns, préparées par cabonisation ou graphitisation~d'une résine thermo-durcissable choisie parmi les résines phénoliques ou furanniques.Tes particules sphFiques, généralement désignées sous le nom de "carbone semblable à du verre", sont particulièrement con venables comme particules conductrices en comparaison du graphite ordinaire naturel ou artificiel pour les raisons suivantes : (1) Taux élevé de variation de la résistance de contact (2) longue durée due à une résistance élevée à l'impact thermi que tel qu'une étincelle ou une décharge d'arc d arc (3) résistance mécanique élevée (4) nature isotrope à l'égard de la grandeur résistance éiec- trique, et (5) -forme sphérique possible . Ainsi, le carbone semblable à du verre convient pour l'emploi comme particules conductrices destinées à la fabrication d'une résistance sensIble à la pression ayant un taux élevé de variation de la résistance et une bonne stabilité. D'autre part, on emploie de préférence comme résine polymère une résine de silicone résistant à la chaleur et aux produits chimiques. Le rapport de mélange des particules conducbrices à la résine polymère peut être choisi entre 3/7 et 7/3 en poids en vue d'obtenir le taux de variation de la résistance et la stabilité désirés.. L'adhérence des électrodes à la résistance a une grande importance et I'on peut obtenir un bon résultat lorsque l'on fixe les électrodes par collage sur la résistance élastique sensible à la pression au moyen d'un agent adhésif conducteur. Les électrodes ont été habituellement fixées sur la résistance au moyen d'un adhésif conducteur thermo-durcissable, ou par évaporation de vapeurs métalliques, ou par une méthode de revêtement métallique. Cependant, un tel collage pose5des problèmes ; par exemple, il se produit une fissure ou une exfoliation sur les électrodes immédiatement après l'application répétée d'une contrainte, à cause de la grande différence de module d'Young entre l'électrode et l'adhésif, étant donné l'élasticité de la résistance sensible à la pression, ce qui produit une résistance de contact instable entre la résistance élastique sensible à la pression et l'élec- trode, le composant résistif sensible à la pression étant ainsi instable. Par contre; un agent adhésif conducteur sensible à la pres sionsdans lequel l'adhésif sensible à la pression est malaxé avec une poudre conductrice telle que de la poudre d'argent de façon à former avec celle-cl un mélange intime, présente une caractéristique stable et empêche l'électrode de se séparer par exfoliation de la résistance sensible à la pression, parce au'il a la même élasticité que cette résistance. La figure 1 montre une structure particulière du composant résistif sensible à la pression mentionné ci-dessus, suivant laquelle une couche 3 d'une résistance sensible à la pression~est placée en sandwich entre des électrodes métalliques 1 et 2, qui sont fixées respectivement sur la surface correspondante dela couche de résistance sensible à la pression au moyen d'agents adhésifs conducteurs sensibles à la pression 5 et 6. La valeur de la résistance du composant résistif sensible à la pression est modifiée, lorsqu'une contrainte est appliquée sur cet élément dans la direction de la flèche A. La figure 2 montre un diagramme résistance-charge appliquée d'un composant résistif sensible à la pression suivant la présente invention. Dans le mode de réalisation considéré, des particules carva nées semblables àZdu verre d'une taille de 62 à 48 microns, faites en une résine thermo-durcissable graphitisée et carbonisée, sont mélangées avec une résine polymère élastique dans un rapport en poids de 50 : 50, après quoi on chauffe le mélange pour obtenir des particules semi-durcies. En pulvérisant les particules ainsi produites, on obtient des particules carbonées recouvertes de la résine polymère, que l'on agrège à nouveau par moulage sous pression à une température convenable, pour obtenir la résistance sensible à la pression.Ensuite, on peut fabriquer le composant résistif sensible à la pression complet enmunissantla résistance sensible à la pression d'électrodes en cuivre sur ses deux surfaces, ces électrodes étant collées au moyen d'un adhésif conducteur sensible à la pression, préparé par mélange avec de la poudre d'argent d'un adhésif au-silicone sensible à la pression. On a effectué un essai d'application de charge avec l'échaF tillondecomposantrésistif sensible à la pression ainsi préparé ayant un diamètre externe de 5 mm et une épaisseur de 0,8 mm, échantillon muni desdites électrodes en cuivre. Le résultat de l'est sai est illustré par la figure 2 et le tableau t ; il révèle un taux de variation de la résistance élevé,à savoir:1,2 x 107. Tableau I Charge appliquée Résistance O g 1-00 M 3)L 800 g 10 jet La figure 3 montre une courbe hystérésis de courant en fona tion de la charge appliquée, lorsque le composant résistif sensible à la pression est mis sous tension ; cette courbe révèle également une hystérésis remarquablement faible. En outre, on a effectué un essai de durée avec le composant résistif sensible à la pression, en lui appliquant une charge de façon répétée (150 millions de fois). Les résultats prouvent que le composant a un taux stable de variation de la résistance, dont la valeur ne varie que de 5 % par rapport à la valeur initia le, et avec un taux de variation de la résistance élevé, amélioré par rapport à celui du caoutchouc conducteur classique, ce qui confirme que le composant résistif sensible à la pression suivant l'invention a une excellente stabilité. De préférence, le composant sensible à la pression décrit ci-dessus peut être recouvert d'une enveloppe isolante destinée à sa protection mécanique e' compte tenu de sa résistance mécanique insuffisante ; il peut aissi êtreirecouvert le long de sa circonférence avec la résine polymère élastique, en vue d'accroître sa résistance à l'humidité ou sa résistance mécanique. La figure 4 montre un. autre mode de réalisation du composant sensible à la pression, suivant lequel le composant 7 est entièrement recouvert par des morceaux 8 et 9 de ruban pourvu d'un adhésif à base de résine époxy, morceaux dans lesquels il s'imprime et il est encapsulé dans un tube de verre, des conducteurs 10 et 11 étant reliés aux électrodes. D'autre part, la figure 5 montre une autre variante. encore du composant résistif sensible à la pression, suivant laquelle une résistance 12 sensible à la pression est pourvue d'électrodes 13 et 14 et est complètement enrobée d'une résine de silicone 15. Le composant résistif sensible à la pressisn-préparé suivant la présente invention a tendance à être fragile lorsqu'on lui applique une charge de traction. Pour supprimer cet inconvénient, la résistance sensible à la pression 16, pourvue sur ses deux côtés d'électrodes 17 et 18, est fixée par collage sur une matière élastique flexible 19 au moyen d'un adhésif, comme montré à la figure 6. Il en résulte que l'application d'un effort de traction à la plaque élastique 19 dans la direction B-B' permet l'application indirecte d'une charge de traction à la résistance 16 sensible à la pression.Cette méthode permet donc de protéger une ré sistance sensible à la pression mécaniquement fragile et fournit en outre la possibilité de changer arbitrairement la caracteris- tique charge de traction-résistance par le choix de la matière de la plaque élastique. La figure 7 montre la caractéristique résistance-charge de traction d'un composant résistif sensible à la pression ayant la structure montrée à la figure 6. Pour obtenir cette variante du composant résistif sensible à la pression, -on mélange des particules carbonées d'une taille de 62 à 48 microns, préparées par carbonisation et graphitisation d'une résine thermo-durcissable, avec une résine de silicone, dans un rappor-t en poids de 60 : 40, puis l'on chauffe le mélange jusqu'à ce qu'il atteigne un état semi-durci, pour préparer ensuite les particules carbonées recouvertes de la résine par pulvérisafion des particules semi-durcies. Auprès la pulvérisation, on agrège à nouveau les particules et on les soumet à une opération de moulage sous pression à une température convenable, pour obtenir une résistance sensible à la pression ayant un diamètre extérieur de 5 mm et une épaisseur de 0,8 mm. Comme on le voit à la figure 6, la résistance sensible à la pression est alors pourvue d'électrodes 17 et 18 sur ses deux faces d'extrémité au moyen d'un adhésif conducteur sensible à la pression et elle est fixée à l'aide d'un adhésif sur une plaque élastique 19 en caoutchouc naturel de 0,5 mm d'épaisseur, ce qui permet d'obtenir le composant résistif sensible à la pression complet. Le composant ainsi préparé présente une caractéristique résistance-charge extrêmement stable, comme le montre la figure 7, lorsqu'on lui applique la charge de traction. R E V E N D I C A T I O N S 1.- Composant résistif sensible à la pression, caractérisé en ce qu'il comprend une résistance préparée par moulage à chaud de particules conductrices de façon à les agréger, la surface de chaqparticule étant recouverte d'une résine polymère élastique, et des électrodes métalliques fixées sur ladite résistance au moyen d'un adhésif. 2.-Cómposant résistif sensible à la pression, caractérisé en ce que lesdites particules conductrices sont des particules car bonéespréparées par carbonisation et graphitisation d'une résine thermo-durcissable. 7.- Composant résistif sensible à la pression suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdites particules conductrices sont mélangées avec ladite résine polymère dans un rapport en poids de 3/7 à 7/3. 4.- Composant résistif sensible à la pression suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdites électrodes métalliques sont montées sur ladite résistance avec un agent adhésif conducteur sensible a la pression. 5.- Composant résistif sensible à la pression, caractérisé en ce qu'il comprend une résistance préparée par moulage à chaud de particules conductrices de façon à les agréger, la surface de chacune de ces-particules étant revêtue d'une résine polymère élastique, et des électrodes métalliques fixées au moyen d'un adhésif sur ladite résistance, ledit composant étant entièrement recouvert d'un ruban ou d'une enveloppe flexible. 6.- Composant résistif sensible à la pression, caractérisé en ce qu'il comprend une résistance préparée par moulage à chaud. de particules conductrices de façon à les agréger la surface de chacune des particules étant revêtue d'une résine polymère élastique, et des électrodes métalliques fixées au moyen d'un adhésif sur ladite résistance, ledit composant étant recouvert d'une résine polymère élastique. 7.- Composant résistif sensible à la pression, caractérisé en ce qu'il comprend une résistance préparée par moulage à chaud de particules conductrices de façon à les agréger, la surface de chacune des particules étant revêtue d'une résine polymère élastiqué, et des électrodes métalliques fixées au moyen d'un adhésif sur les deux faces d'extrémité de ladite résistance, cet ensemble étant fixé au moyen d'un adhésif sur une plaque en matière élastique. 8.- Procédé de fabrication d'un composant résistif sensible à la pression, caractérisé en ce qu'on mélange des particules conductrices avec une résine polymère élastique, en ce qu'on pulvérise ces particules après les avoir moulées à chaud jusqu'à ce qu'elles soient dans un état semi-durci, en ce qu'on effectue à nouveau une opération de moulage à chaud des particules sous pression à une température convenable pour les agréger, et en ce qu'on fixe des électrodes sur la résistance en particules agrégées obtenue.