Brevet FR2156856A1 — publié le 19730601

La présente invention.concerne une matière cellulaire compressible rendue de façon durable conductrice de l'électricité et (ou) magnétique grâce à une couche appliquée dessus. Il est connu d'appliquer sur des polymères cellulaires élastiques des couches de substances conductrices de l'électricité qui, raccordées à un circuit de courant, produisent des signaux électriques différents sous l'action de certaines forces. Le revêtement est par exemple effectué par imprégnation des corps cellulaires avec de simples dispersions aqueuses de graphite. Les corps cellulaires conducteurs ainsi fabriqués n'ont cependant pas fait leurs preuves en pratique, car ces produits, après avoir été comprimés et ensuite déchargés, ne fournissent pas de valeurs électriques reproductibles. Les cellules de la matière cellulaire subissent de fortes déformations d'origine mécanique et sont très sensibles aux forces de cisaillement, de traction et de pression. Lorsqu'on désire des valeurs pouvant être reproduites, la couche électriquement conductrice doit pouvoir résister aux mêmes charges se manifestant lors de la déformation et elles doivent être au moins aussi extensibles et flexibles que la conformation de la matière cellulaire elle-même. On sait que les masses de matière plastique électriquement conductrice quel que soit leur type, doivent être très fortement pigmentées si l'on désire obtenir une conductibilité électrique par contact de pigments. Il n'est pas surprenant qu'après la pigmentation des matières plastiques on constate un écart de plusieurs fois 100% par rapport aux valeurs physiques initiales. Ceci est vrai pour les masses élastomères homogènes de même que pour les pellicules de matières plastiques qui sont formées à partir de dispersions de matières plastiques. On remarquera ici que les solutions de matières plastiques ne conviennent pas pour l'imprégnation de matières cellulaires lorsque les solvants font fortement foisonner les polymères cellulaires ou ont sur eux toute autre action. Suivant l'invention, il est donc prévu d'utiliser de préférence des dispersions de matières plastiques aqueuses qui, outre la propriété de former des films d'une grande élasticité présentent également à un degré élevé une capacité de réception et de résistance. En pratique, on a constaté que les matières cellulaires destinées à être utilisées comme résistances sensibles aux charges utilisées dans les régulateurs de tension, c'est-à-dire dans les potentiomètres commandés par une pression, sont exposées à des charges particulièrement élevées. L'énergie électrique anéantie dans le potentiomètre à pression est libérée sous forme de chaleur, c'est-à-dire que la matière cellulaire s'échauffe. La fréquence du rythme auquel la matière cellulaire est compri mée,puis déchargée est très différente et il s'y superpose souvent des vibrations. Des essais effectués par la Demanderesse ont montré que des films conducteurs élastiques se sont, du fait de la mauvaise adhérence, détachés eux-mêmes de ces cellules de matière cellulaire et se sont ensuite déchirés. Le but de l'invention est de permettre la réalisation d'une matière compressible, élastique, électriquement conductrice et (ou) magnétique constituée par des polymères élastiques cellulaires, le film électriquement conducteur et (ou) magnétique adhérant particulièrement bien et fournissant des valeurs reproductibles même en cas de déformation permanente. Suivant l'invention, ce problème est en particulier résolu du fait qu'on imprègne préalablement (c'est-à-dire avant l'application de la couche) le polymère cellulaire élastique sur lequel est appliquée la dispersion de matière plastique aqueuse proprement dite contenant les particules électriquement conductrices et (ou) magnétiques, avec une dispersion de matière plastique purement aqueuse qui est de préférence la même que celle dans laquelle sont dispersées les particules électriquement conductrices et (ou) magnétiques. De cette façon, on obtient une meilleure adhérence du film électriquement conducteur et (ou) magnétique.à la surface des parois des cellules. Pour l'imprégnation préalable, de même que pour obtenir le film électriquement conducteur et (ou) magnétique, il convient d'utiliser comme matière plastique notamment des dispersions de matière plastique, de préférence des dispersions aqueuses de résine acrylique. Pour fabriquer la dispersion aqueuse de matière plastique utilisée de préférence et contenant des particules électriquement conductrices et (ou) magnétiques, on mélange par exemple une dispersion aqueuse de résine acrylique à une dispersion aqueuse de noir de fumée, en réglant la viscosité de la dispersion de matière plastique de façon à obtenir un mélange facilement im- prégnable. Les particules électriquement conductrices contenues dans le film électriquement conducteur peuvent être constituées par du carbone, par exemple par du noir de fumée ou du graphite, par un métal précieux ou par d'autres métaux recouverts de métal précieux ou par des matières non métalliques. Suivant l'invention, on utilisera de préférence le noir de fumée, notamment le noir de fumée d'acétylène, tel qu'on le trouve par exemple dans le commerce sous forme de dispersion aqueuse. Suivant l'invention, les polymères cellulaires élastiques sont imprégnés de préférence de dispersions dont la teneur en matière plastique et en noir de fumée s'établit comme suit si l'on mélange une dispersion aqueuse de matière plastique à 50% (par exemple de l'Acronal dont la grosseur de particules est de 0,2 micron) avec une dispersion aqueuse de noir de fumée (grosseur de particules 20 millimicrons) on obtient une conductibilité électrique en mélangeant 100 parties en poids d'Acronal à 50% 30 parties en poids de dispersion de noir de fumée à 25%. La pigmentation maximum s'établissant à 100 parties en poids d'Acronal à 50% 140 parties en poids de dispersion de noir de fumée à 25%. Outre la concentration de la pigmentation, la viscosité de la dispersion prête à l'emploi doit être exactement respectée. Elle ne doit pas dépasser 20 cP. Dans le cas d'élastomères cellulaires à base de polyuréthane, des dispersions de polymérisat ou de copolymères à base d'ester d'acide acrylique ont donné de bons résultats comme fond d'adhérence. La dispersion est ensuite diluée de telle sorte qu'il ne se forme qu'un fond d'adhérence extrêmement mince. Il va de soi que les propriétés physiques sont les mêmes que celles exigées des films conducteurs eux-mêmes. La dispersion destinée au fond d'adhérence et au film conducteur présente de préférence la même composition chimique. Parmi les dispersions aqueuses de matière plastique utilisées de préférence, on citera les produits livrés par la Badische Anilin- und Sodafabrik souks la désignation commerciale Oppanol - B à 60% l'Acronal 500D et l'Acronal KR 2299, ainsi que les dispersions de polytétrafluoréthylène.Dans le cas de l'Oppanol-B à 60%, il s'agit d'une dispersion aqueuse de polyisobutylène et, dans le cas de l'Acronal 500D, d'une dispersion aqueuse d'un copolymère d'acétate de butyle, d'acétate de vinyle et d'acide acrylique, et dans le cas de l'Acronal KR 2299, d'une dispersion aqueuse d'un copolymère spécial à base d'ester acrylique. Les polymères cellulaires traités suivant l'invention présentent des valeurs de résistance spécifiques très larges comprises entre 0,1 à 105 ohm/cm. Le fait,que sous une charge mécanique, la matière cellulaire se condense ou se détend et que la conductibilité électrique de la matière cellulaire se modifie en fonction du degré de condensation, offre de nouvelles possibilités technologiques intéressantes pour la technique de la commande de la mesure et du réglage. Les produits fabriqués suivant l'invention se comportent ainsi de telle sorte que lorsque la charge produite par la pression augmente, la résistance électrique diminue et inversement. La résistance varie donc continuellement selon une large gamme en fonction de modifications de la charge mécanique. Afin d'obtenir une bonne reproduction des valeurs électriques, même pendant des laps de temps assez longs, la rhéologie des polymères cellulaires utilisés joue un rôle considérable. Les matières cellulaires conductrices à base de polyuréthane suivant l'invention répondent à ces conditions, même après 106 contraintes alternées. Le dessin schématique annexé montre, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation possible de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une vue de dessus d'un potentiomètre suivant l'invention. La fig. 2 en est une vue en coupe verticale. Les résistances électriques fabriquées suivant l'invention conviennent particulièrement pour être utilisées comme régulateurs de tension ou potentiomètres commandés par une pression. Comme représenté sur ces figures, les électrodes 2 sont montées de préférence de telle sorte qu'elles s'appliquent sous forme de bande sur un socle 3. On a représenté sur la fig. 1 vu de dessus, le socle représenté en élévation et en coupe sur la fig. 2. Grâce à l'agencement tel que représenté, les fils de raccordement ne sont pas obligés de suivre les mouvements de la matière cellulaire conductrice 1. Lorsque la matière cellulaire conductrice 1 est posée entre deux électrodes, au moins l'un des fils de raccordement est exposé à des mouvements ou à des déplacements, ce qui rend inévitable la rupture du fil après un certain nombre de déplacements. Les électrodes 2 reposant sur un plan sont constituées de préférence par du carbone et sont alpliquées sur le socle 3 sous forme d'une couche de carbone. Les électrodes sont amenées sur un socle isolant 3 et munies de bornes 4. La matière plastique cellulaire conductrice 1 agissant comme potentiomètre commandé par une pression n'est pas rigidement reliée au socle 3 mais est disposée sur la matière plastique 5 (voir couche adhésive 7) de telle sorte que, lorsqu'elle est soulevée à l'écart des électrodes 2, le circuit soit coupé. De ce fait, à côté du réglage, on obtient également une mise hors circuit (voir fig. 2 dans laquelle la lettre S désigne un entrefer). L'ensemble du système de réglage est capsulé par la matière souple 5 (voir couche adhésive 6) ce telle sorte que l'humi dité ne puisse pénétrer dans la matière cellulaire conductrice 1. Naturellement, les électrodes 2 peuvent être également fabriquées en utilisant par exemple une poudre constituée par du cuivre argenté. Cette poudre peut être obtenue dans le commerce. La grosseur des particules se situe aux environs de 180 microns. Pour fabriquer les électrodes 2, on introduit par exemple une poudre de cuivre argenté en particules de diamètre de 180 microns environ dans une dispersion aqueuse de résine acrylique à 50%, et en remuant. On ajoute de la poudre jusqu'à ce que la mixture puisse être encore appliquée au pinceau. Etant donné que les particules de poudre métallique qui sont relativement importantes présentent, à côté des points de contact tangentiels, des intervalles assez importants, on introduit, en remuant, dans le mélange précité une solution aqueuse de noir de fumée à 25%. Après séchage du liquide porteur formant le film, la dispersion de noir de fumée constituée par 25% de teneur en noir de fumée d'acéty lène bon conducteur (diamètre des particules 23 millicrons) remplit complètement de particules de noir de fumée les intervalles qui étaient précédemment vides.De ce fait, la résistance limite du grain des particules métalliques est considérablement déchargée. Les potentiomètres commandés par une pression servent par exemple à régler progressivement le régime d'appareils ménagers, par exemple d'aspirateurs, de machines à coudre, de cireuses, de mixeurs, de séchoirs pour cheveux, de perceuses rectifieuses, etc. et dans l'industrie automobile de "pédales d'accélérateur", dans le cas de moteur à injection commandées par voie électronique. Dans ce cas, toute la timonerie entre la pédale d'accélérateur et le carburateur est remplacée par un mince conducteur à deux brins et par un régulateur. L'exemple suivant, donné à titre purement indicatif et non limitatif, permettra de mieux comprendre l'invention. EXEMPLE Fabrication d'un matériau résistif électrique pour potentiomètre à pression (régulateur de résistivité). On mélange deux parties en poids d'une dispersion aqueuse de matière plastique à 50% d'Acronal à 100 parties en poids de dispersion de noir de fumée à 25% pendant trente minutes et au moyen d'un agitateur tournant lentement. On plonge dans la dispersion ainsi obtenue une éponge en polyuréthane préalablement imprégnée d'une dispersion de matière plastique aqueuse pure à 50% d'Acronal puis séchée, d'un poids spécifique de 30 kg/m3. Après que l'éponge s'est remplie de cette dispersion, on l'exprime et on la fait sécher. Pendant le séchage, dans se forme/et sur toutes les parois des cellules de l'éponge de polyuréthane un film électriquement conducteur extrêmement mince et élastique. Le temps de séchage dépend du poids spécifique des matières spongieuses ou cellulaires imprégnées, étant donné que les ma tières cellulaires présentent une meilleure perméabilité à l'air et par conséquent sèchent plus rapidement. On a fait sécher pendant deux heures à 600C un échantillon de 3 mousse tendre de polyuréthane d'un poids spécifique de 30 kg/m3, de 100 x 100 x 30 mm imprégné selon l'exemple précédent. Cet échantillon présentait une conductibilité électrique sur toute ses surfaces et sur l'ensemble de son corps. L'échantillon ou l'éprouvette a été comprimé dans un banc d'essai un million de fois jusqu'à 30% de sa hauteur restante puis décharge chaque fois de nouveau. La conductibilité électrique est restée inchangée. Pendant ces essais, on.a également suivi les modifications de la résistance spécifique de passage de l'éprouvette qui variait constamment pendant la compression à cause du raccourcissement des trajets. La résistance spécifique au passage de corps de matière cellulaire ainsi traités dépend en premier lieu du degré de dispersion de la pigmentation produite par du noir de fumée d'acé- tylène électriquement conducteur. Pour terminer, on remarquera que l'on peut fabriquer de la même manière que celle ici décrite des polymères cellulaires à propriétés électriques et (ou) magnétiques, lorsqu'on remplace les particules électriquement conductrices par des matières pulvérulentes magnétiques. L'Acronal 500D convient particulièrement dans ce cas comme dispersion de matière plastique donnant naissance à la pellicule. Comme poudre magnétique, on peut par exemple utiliser les carbones à susceptibilité magnétique décrits dans les brevets allemands à l'inspection publique Nos. 1-191.505, 1.191.065 et 1.197.067. Comme autres substances, on citera les matières magnétiques recouvertes de métal précieux, étant donné que celles-ci, à coté de la propriété magnétique qu'elles présentent, sont également conductrices de l'électricité.On citera par exemple le ferrite de Baryum doré ou la poudre de fer recouverte d'argent (brevet allemand No. 1.286.596 à l'inspection publique). Les matières cellulaires à action électrique et magnétique sont utilisées dans le domaine de la haute fréquence et dans la technique des micro-ondes et en électronique. Dans la technique de la haute fréquence et des micro-ondes, le matériau est utilisé comme absorbeur de micro-ondes, comme matériau d'étanchéité pour foyers de micro-ondes et installations de radars, comme écran et comme diélectrique à faibles pertes et à faible réflexion. Suivant une variante du procédé; objet de l'invention, on comprime immédiatement à l'état humide les polymères cellulaires imprégnés d'une dispersion contenant des particules électriques (et (ou) magnétiques)puis on les fait sécher. Les blocs séchés présentent une certaine élasticité et une conductibilité électrique et (ou) magnétique, mais ils ne sont pas compressibles. Ces blocs peuvent être traités ultérieurement pour donner des feuilles, des coupelles, etc. Les détails de réalisation et les détails de mise en oeuvre du procédéWobjet de l'inventionfpeuvent être modifiés sans s'écarter de l'invention dans le domaine des équivalences techniques. REVENDICATIONS 1.- Procédé de fabrication d'une matière compressible électriquement conductrice et (ou) magnétique constituée par des polymères élastiques cellulaires, caractérisé en ce qu'on imprègne préalablement les polyrères cellulaires avec une dispersion aqueuse de matière plastique avant d'y appliquer la dispersion de matière plastique aqueuse proprement dite contenant les particules électriquement conductrices et (ou) magnétiques. 2.- Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise comme dispersion aqueuse de matière plastique pure la même dispersion qu'on utilise pour fabriquer la dispersion contenant les particules électriquement conductrices et (ou) ma magnétiques. 3.- Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le polymère cellulaire utilisé est un polyuréthane. 4.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on utilise comme particules électriquement conductrices des métaux précieux, d'autres métaux ou substances enrobées de métal précieux ou du carbone, par exemple du noir de fumée ou du graphite, la préférence étant donnée au noir de fumée d'acétylène. 5.- Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'on utilise comme dispersion aqueuse de matière plastique une dispersion aqueuse de résine acrylique. 6.- Potentiomètre commandé par pression fabriqué avec le matériau électriquement conducteur suivant les revendications 1 à 5.