Brevet FR2263658A1 — publié le 19751003

La présente invention se rapporte i un nouvel élément chauffant constitué essentiellement par un tissu particulier ; elle concerne également les matériaux composites contenant de tels tissus. On a déjà proposé depuis longtemps d'utiliser des tissus pour- le chauffage de pièces ou de surfaces de nature et de forme très variées. On a suggéré par exemple, d'utiliser comme conducteur de lté- lectricité un tissu en fibres de verre, enduit d'une matière plastique, telle qu'un élastomère, chargée de poudre de graphite. Cette solution conduit malheureusement à des produits très rigides, cassants, jugés peu manipulables et difficiles à incorporer à un stratifié. En outre, cette solution reste complexe à réaliser et dtun prix de revient très élevé. On a également proposé de contrecoller des feuilles d'alumi- nium sur les tissus en fibres de verre. Mais cette formule donne des produits lourds, délicats à mettre en oeuvre et nécessitant des spécialistes pour la mise en place, rendant son application très limitée. Récemment, on a suggéré d'introduire quelques fils de carbone dans une tresse en fils de verre. Du fait du très grand embuvage des fils dans la tresse et de la nature mAeme de celle-ci, il se produit d'importantes variations des caractéristiques électriques par suite des modifications des dimensions de la tressez De plus, cette solution, qui ne s'est pas répandue par suite de la faible largeur par nature des tresses (de l'ordre de un à quelques centimètres au plus), ne permet que de chauffer des petites bandes et ne peut être utilisée pour le chauffage de surfaces appréciables, sans compter que la mise en place de tels produits est délicate et longue. La présente invention pallie ces inconvénients. Elle concerne un nouvel élément chauffant constitué par un tissu facile et économique à réaliser, donnant d'excellents résultats pour le chauffage, dtun prix de revient amélioré et ne nécessitant pas des spécialistes hautement qualifiés pour être mis en place. Cet élément chauffant, constitué par un tissu comportant en chatne et en trame, pour partie du moins, des fils résistants à la température, se caractérise en ce que ledit tissu comporte en ou tre, dans ltune de ses deux directions channe et trame, des fils de carbone, les extrémités libres de chacun de ces fils de carbone étant connectées à la source d'alimentation électrique. En pratique, les fils de carbone sont parallèles aux fils de channe etytou de trame, notamment par incorporation lors du lissage elassSque ou du triactage-continu type Malimo. Comme matières textiles, résistantes à la température, constituant le reste du tissu, on utilise essentiellement des fibres de verre, sous forme continue (silionne) ou discontinue (verranne). On peut également faire appel à d'autres matières telles que les polyamides aromatiques, les polyamides-imides, les polyimides, ou toutes autres matières textiles fibreuses résistant à la tempéra- ture. Par "fils de carbone", on entend des fils obtenus par traitement thermique d'une matière organique sous forme fibreuse, dans des conditions déterminées de température, de durée, d'atmosphère et éventuellement de tension. Comme matière organique de départ, on peut citer les fibres cellulosiques, les polyamides, les polyimides, les polyesters, les vinylals et surtout les fibres polyacryliques. Cette expression désigne aussi bien les fils dits à bas module, c'est-à-dire ayant subi le traitement de carbonisation à 12000C environ, que les fils dits à haut module, c'est-à-dire ayant subi le traitement de graphitisation à des températures aussi élevées que de 27O00C. Dans une forme d'exécution préférée, le tissu chauffant conforme à ltinvention, est recouvert sur lune au moins de ses deux faces d'une matière isolante, telle qu'une nappe fibreuse et/ou une couche de résine appropriée rapportée par exemple par enduction. Cette matière isolante peut l'être vis à vis de l'électricité pour se protéger du complexe et/ou vis à vis de la chaleur pour éviter les déperditions de celle-ci. On a déterminé que l'on obtient de bons résultats en plaçant au moins un fil de carbone pour trois fils de verre. Pour certaines applications, une densité de un fil de carbone pour cinq fils de verre est suffisante. Si le plus généralement on place les fils de carbone dans une seule direction, celle de la channe notamment, il peut être également approprié de le mettre en chaîne et en trame. Dans ce dernier cas, la densité en trame est alors plus lâcheo Cette solution présente de nombreux avantages inattendus et qui constituent un progrès technique certain En effet, on peut couper ce tissu sur partie de sa longueur et selon des formes très variées, sans gêner psur autant le-passage du courant électrique qui se fera néanmoins par effet Shunt. De plus, Si l'un des fils de llune des deux direc tuons caste, le courant continuera touJours à-passer grace a cet effet Shunt. T,es raccords électriques entre les extrémités libres des fils de carbone et la source d'alimentation électrique peuvent être réalisés de toute manière en soi connue. Une formule simple et économique consiste en une feuille de cuivre repliée sur tte la largeur de la bande de tissu, sur laquelle on soude le fil conducteur de branchement. Selon les applications visées, la liaison entre les bornes du courant électrique et les fils de carbone peut être soit en série (liaison directe), soit en parallèle (liaison indirecte). En pratique, les contacts électriques doivent être réalisés avant de recouvrir le tissu chauffant d'une couche quelconque, isolante par exemple. Les éléments chauffants réalisés conformément à 11 invention présentent de nombreux avantages par rapport aux solutions actuelles. Sur le plan mécanique, ces éléments présentent tout d'abord une excellente stabilité dimensionnelle, un faible coefficient de dilatation, et des performances mécaniques améliorées ; du fait de leur grande souplesse, ils sont faciles à mettre en oeuvre et peuvent être drapés et coupés S n'importe quelle forme ou surface. Sur le plan électrique, en jouant sur la densité des fils de carbone par rapport aux fils de verre, on peut aisément calculer cette disposition polir avoir l'intensité électrique minimum.En outre, ces éléments possèdent une faible inertie et une faible capacité thermique, ce qui se traduit avantageusement par une consommation électrique réduite avec néanmoins une grande densité de chauffage, Enfin, toutes les formes dtalimentation électrique (courant continu, alternatif, mono, bi, tri,... phasé) sont envisageables. Toutes ces propriétés permettent de les utiliser avec succès dans de très nombreuses applications, telles que par exemple - le chauffage es moules pour béton, - les panneaux décoratifs chauffants, - les panneaux chauffants de dégivrage de pistes, de toitures, etc..., - la réalisation de pans chauffants de mur ou de cloison, - le chauffage de citernes, - le dégivrage d'éléments de structure, tels que des pales d'hélicoptère. TTne apDlication particulierèment avantageuse de l'invention est le chauffage des moules de matières plastiques. Gra à ce chauf fage rendu enfin possible de manière économique, en a déterminé que l'on diminuait le temps de polymérisation de tordre se la moitié pour les pièces de dimensions appreciables (plusieurs meures carrés), aux deux-tiers pour des pièces plus petites. Cela se traduit par une économie considérable dans le nombre de moules néces saires pour une production détermince, un zain de place, de temps et de main d'oeuvre. La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux de la description des trois exemples de réalisation qui suit, donnée à titre illustratif et non limitatif, à l'appui des figures annexées. La figure 1 représente très schématiquement un tissu de fils de verre et de fils de carbone, utilisable pour la mise en oeuvre de l'invention. La figure 2 montre un manière de réaliser les raccords électriques sur ce tissu. Les figures 3 et 4 illustrent respectivement un élément ehauf- fant conforme à l'invention, seul et monté en parallèle avec d'au- tres éléments. La figure 5 schématise un moule pour la polymérisation de matières plastiques équipé sur certaines de ses faces de tels éléments chauffants. En se référant à la figure 1, le tissu selon l'invention, se compose d'une bande comprenant - en trame, des fils de verre 1, - en chatne : des fils de verre 2 et des fils de carbone 3. Aux extrémités de ce tissu 4, on replie un feuillard 5 de euivre de 0,3 millimètre d'épaisseur selon le schéma de la figure 2. On emboutit ce feuillard 5, puis on l'agrafe. Sur une de ses faces, on soude l'étai en E un fil conducteur 7 qui sera relié à la source électrique (voir figures 2 et 3). Si on le désire, on peut mettre plusieurs bandes de tissu 4 en parallèle, en les reliant entre elles par un conducteur 8 (figure 4!. Sur les cinq faces d'un moule 10 de polymérisation (figure 53, par exemple de forme parallélépipédique, on place deux éléments chauffants selon l'invention, l'un au fond 11, l'autre 12 entourant les quatre faces verticales, en amenant le courant électrique par deux conducteurs 13 et 14 et en reliant entre elles les extrémités par un conducteur 15. Exemple ' : On réalise un tissu armure taffetas, ayant la composition suivante : - en @rame, un fil de verranne de 190 tex, tordu à 215 tours au mètre en Z, ensimé ; réduction trame 3,7 fils par contimètre, - en chaine, une alternance de : . un fil de carbone bas module de 100 tex (désignation commerciale CCM 65 de Le Carbone-Lorraine), . pour sept fils de roving de verre 320 tex ensimés, densité chaîne 5,5 fils par centimètres. Dans ce tissu, pesant environ 300g/m pour une épaisseur de 0,75 millimètre, on découpe dans le sens de la channe des bandes de vingt quatre centimètres de largeur et un mètre cinquante de long, dont on équipe les deux extrémités de feuillard de cuivre, comme montré à la figure 2. Ces bandes possèdent une résistance de trente sept (37) os au mètre. Sur les deux faces de ce tissu chauffant, on place un mat de fibres de verre, puis une couche de mousse phénolique et enfin l'on recouvre une face d'un gel-coat et l'autre d'un nouveau mat le fibres de verre, Cet élément chauffant est particulièrement adapté pour le chauffage de moule plat de matières plastiques. Avec une alimentation de 110 volts, on obtient une puissance de 225 watts et une température de 800C. Avec 220 volts, 900 watts et 130 C. Exemple 2 Avec les mêmes fils qu'à exemple 1, on réalise un autre tissu, également armure taffetas présentant - en trarrre, des fils de verranne, réduction 3,7 fils/centimè- tre, - en chaîne, un fil de carbone pour sep fils de roving, densité 5.5 fils par centimètre. Ce tissu obtenu pèse environ 300g/m pour une épaisseur de 0,75 !rillimètre. Comme nrécédemment, on découpe de bandes de vingt quatre (24) centimètres de largeur, don on équipe les extrémités le feuillard de cuire. Ce tissu chauffant présente une résistance au mètre de trente sept (37 ohms On place ces bandes de tissu autour d'un moule pour matières plastiques selon la disposition de la figure 5, On réalise @n complexe chauffant constitué comme suit couche de gel-coat, - mat de fibres de verre de 450g/m, tissu de verre, - tissu chauffant selon l'invention, - mat de fibres de verre de 450 g/m, - feuille de contre-plaqué de 5 millimètres d'épaisseur, - mat de fibres de verre Exemple 3 : On répète l'Exemple 7 à une seule modification près, à savoir que la densité des fils de carbone en channe est de un fil pour trois fils de roving-verre. On obtient un tissu chauffant présentant une résistance au mètre de dix-huit (1-8) ohms. R E V E N D I C A T I O N S 1/ Elément chauffant constitué fondamentalement par un tissu comportant en channe et en trame, pour partie notable du moins, des fils textiles résistants à la température, caractérise en ce que ledit tissu comporte en outre, dans l'une de ses deux directions chatne et trame, des fils de carbone, les extrémités libres de chacun de ces fils de carbone étant connectées à la source d'alimentation électrique. 2/ Elément chauffant selon revendication 1, caractérisé en ce que les fils de carbone sont incorporés lors du tissage. 3/ Elément chauffant selon revendication 1, caractérisé en ce que les fils de carbone sont disposés en channe et sont parallèles aux autres fils de chaîne. 4/ Elément chauffant selon revendication 3, caractérisé en ce qu'en channe on a au plus un fil de carbone pour trois autres fils. 5/ Elément chauffant selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les fils de carbone sont choisis dans le groupe des fils de carbone à bas module et les fils de carbone à haut module. 6/ Elément chauffant selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les fils résistants à la température sont choisis dans le groupe constitué par les fils de verre, de polyamides aromatiques, de polyamides, de pôlyamides-imides. 7/ Elément chauffant selon l'une des revendications I à 6, caractérisé en ce que toutes les extrémités des fils de carbone situés d'un meAme coté du tissu, sont connectées à une feuille d'un métal conducteur repliée sur toute la largeur du tissu, ladite feuille repliée étant reliée par un conducteur à la source électrique. 8/ Elément chauffant selon lune des revendications 1 à 7, ca raotérisé en ce que le tissu chauffant est recouvert sur l'une au moins de ces deux faces d'une laitière isolante thermique. 9/ Elément chauffant selon revendieation 8, caractérisé en ce que la matière isolante thermique est choisie dans le groupe oonstitué par les nappes fibreuses et les couches de résines plastiques.