Brevet FR2287699A1 — publié le 19760507

L'intention concerne une application nouvelle à la détermination de la réactivité d'une résine, notassent d'une résine époxy, des viscosimètres du type comprenant un agitateur entrainé en rotation å vitesse constante dans une coupelle contenant le liquide dont on désire déterminer la viscosité. On sait que les techniciens désignent par "réactivité" la vitesse de polymérisation ou de polycondensation d'un polymère,en en se basant sur ltévolution, à une température déterminée, de caractéristiques dépendant étroitement du poids et de la structure moléculaires, telles que la viscosité ou la solubilité dans les solvants. Certains de ces polymères se présentant sous une forme résinoide sont souvent dénommés "résines synthétiques", ou, plus simplement, "résines". De telles résines sont utilisées, par exemple, pour assurer le collage, sous l'influence de la température et la pression, de feuilles ou couches de supports divers qui en sont enduits ou imprégnés. C'est ainsi que des feuilles de tissu de verre imprégné de résine époxydique ou de polyimide, généralement dénommé préimprégné ou 1,prepreg", sont utilisées pour assurer la liaison et l'isolement électrique des différents circuits imprimés élémentaires au cours de la fabrication des circuits imprimés multicouches. Cette liaison se fait par pressage sous presse chauffante d'un empilage alterné de circuits imprimés élémentaires et de couches de préimprégné. Au cours de cette opération, sous l'influence de la température, la résine passe d'abord par l'état fluide,puis sa viscosité augmente jusqu'8 un état défini "solide".Une application trop rapide de la pression durant la phase liquide provoque une exsudation importante de la résine d'où résulte un mauvais collage. L'application tardive de la pression, alors que la viscosité de la résine est élevée, provoque également un mauvais collage. Il apparait donc nécessaire de déterminer les temps limites qui définissent la marge durant laquelle doit être choisi le moment optimal d'application de la pression. Les méthodes pratiquées actuellement pour définir la réactivité des "prepregs" consistent à apprécier la variation de viscosité de la résine à une température déterminée. Une méthode classique, par exemple, consiste à faire fondre la résine et à l'agiter avec une spatule que l'on soulève périodiquement. Lorsque des fils commencent à s'étirer à partir de la spatule, on considère que la résine a commencé à polymériser : ce moment est quelquefois dénommé "temps t1". On poursuit les essais Jusqu'à ce que les fils deviennent durs et cassants : ce moment est souvent dénommé "gel time" et quelquefois "temps t2". Ces deux momenta , apparition des fils et rupture des fils, sont difficiles à saisir et laissent une grande part à l'in terprétation personnelle. On conçoit qu'avec un tel processus,on on constate une grande dispersion des valeurs trouvées par différents opérateurs. Les travaux effectués par la Demanderesse lui ont permis d'aboutir à une méthode qui, en éliminant toute interprétation personnelle, permet de définir avec beaucoup plus de précision la réactivité sur la base de la variation de viscosité des "prepregs" à une température définie. Le procédé conforme à l'invention consiste donc à faire fondre la résine, à enregistrer en continu, en fonction du temps,les les variations de la viscosité de la résine ou d'une grandeur dépendant de la viscosité, et à déterminer sur la courbe obtenue les points d'inflexion ou les discontinuités traduisant des variations d'état physique de la résine. On notera que ce procédé n'implique pas la mesure directe d'une viscosité, mais d'une grandeur liée à celle-ci. On enregistrera par exemple les variations du couple résistant qu'entraînent les variations de viscosité de la résine sur l'agitateur d'un viscosimètre classique. A cet effets Qa Demanderesse a adapté un viscosimètre classique en vue de cette application particulière. Ce viscosimètre, qui constitue lui aussi un objet de l'invention, est caractérisé en ce que, entre le moteur entraînant l'agitateur et ce dernier, sont interpo ss un potentiomètre électrique et un système de ressort, de manière que le potentiomètre traduise)par des variations de tension,les variations du couple résistant exercé par la résine fondue sur l'agitateur. Dans une forme de réalisation avantageuse, qui sera décrite plus en détail ci-après, l'arbre de sortie du moteur entraîne une cage tournante, à l'intérieur de laquelle sont disposés un potentiomètre et un ressort spirale portés par ladite cage, l'arbre d'entraînement de l'agitateur du viscosimètre étant solidaire de l'aie du potentiomètre et dudit ressort spirale. On conçoit que toute variation de la viscosité de la résine fondue se traduira par une modification du couple résistant exercé sur l'agitateur du viscosimètre. Il en résultera un décalage angulaire entre l'arbre du moteur et l'axe du potentiomètre, de sorte que, si le moteur entraîne l'arbre à une vitesse constante, le po tentiomètre traduira par des variations de tension, qu'il suffira d'enregistrer, les variations de viscosité.On voit donc, coite il était indiqué ci-dessus, que l'on ne mesure pas des viscosités, lais que l'on se contente de suivre, en fonction du temps, les variations d'une grandeur liée à cette viscosité; Alternativement, on peut aussi enregistrer les variations du couple résistant directement sur la coupelle qui contient la résine fondue. k cet effet, cette coupelle sera reliée soit à une barre de torsion ou b une laie travaillant en extension et sur laquelle il suffira de fixer des jauges de contrainte, notamment des jauges extensoiétriques, pour enregistrer de façon connue en soi les variations du couple, soit à un capteur de déplacement, par l'intermédiaire d'un ressort hélicoTdal. Ces formes de mise en oeuvre de l'invention sont illustrées par les dessins annexés, sur lesquels La figure 1 est un schéma de principe du viscosimètre La figure 2 est une courbe enregistrée avec le dispositif de la figure I La figure 3 est une vue schématique d'une coupelle de viscosimètre équipée de jauges de contrainte. Sur la figure t, on voit qu'un moteur électrique 1 d'un visco simbtre entre à vitesse constante une cage tournante 2, laquelle porte, à l'intérieur, un potentiomètre 3 et un ressort spiral 4. L'axe du potentiomètre est disposé dans le prolongement de l'arbre 5 du moteur 1 et il est solidaire, par un axe 6, lui-mêae lié au ressort 4, de l'agitateur 7 du viscosisètre. Celui-ci est ainsi entratné en rotation dans une coupelle contenant la résine fondue. Cons on le voit sur la figure 2, sur laquelle la tension du potentiomètre a été "représentée en fonction du temps, on peut ainsi enregistrer des variations de tension correspondant aux variations de viscosité de la résine. Toute modification de cette viscosité iait en effet varier le couple résistant exercé sur l'agitateur 7 et il en résultevpar par conséquentSun un décalage angulaire entre les axes 5 et 6, c'est-à-dire un pivotement de l'axe du potentiomètre. A partir de l'instant t correspondant à la fusion de la résine et au début des mesures, on commence par enregistrer d'abord une tension sensiblement constante, correspondant à une viscosité elle aussi constante. Pendant cette phase, référencée "phase liquide" sur la figure 2, la résine est à l'état liquide et n'a pas cosaence à se polgnériser. Le début de la polyeérisation, au temps tl, se traduit par une augmentatIon brutale de la viscosité et donc de la tension enregistrée. Ensuite, à mesure que la polymdrisation se poursuit, la résine devient de plus en plus visqueuse ("phase vis- queuse" de la figure 2).A la fin de cette période, des petites masses de résine plus ou moins gommeuses ont tendance à s'agglomérer et à rouler entre l'agitateur 7 et le fond de la coupelle 8. C'est ce que l'on a appelé "phase gommeuse" sur la figure 2. La fin de l'accroissement régu?ier de la viscosité ne correspond pas exactement au temps t2 qui intéresse les techniciens, comme il a été indiqué sur la figure 2, mais il en est relativement proche et l'on peut étalonner le viscosimbtre, si nécessaire, pour un type de résine. dlternativement, comme il a été indiqué ci-dessus, le couple résistant exercé par la résine fondue sur l'agitateur du viscosimètre peut Outre mesuré directement sur la coupelle. Comme représenté sur la figure 3, la coupelle 10 est alors portée par une barre de torsion 11, fixée sur un chSssis fixe 12. Des jauges extensométriques 13 permettent alors d'enregistrer les variations du couple résistant. Naturellement, aiin que les essais effectués à l'aide des dispositifs conformes à lrinvention donnent des résultats satisfaisants, il est nécessaire d'utiliser une petite quantité de résine, réduite en poudre fine, et de réguler la température de la coupelle à une température déterminée. REVENDI CATION 1.- Procédé de mesure de la réactivité d'une résine à l'aide d'un viscosimbtre du type comprenant un agitateur entraîné en rotation à vitesse constante dans une coupelle contenant le produit dont on désire mesurer la viscosité, ce procédé consistant à maintenir ladite résine dans ladite coupelle à une température supérieure à sa température de fusion, à enregistrer en continu, en fonction du temps,les variations de la viscosité de la résine ou d'une grandeur dépendant de la viscosité, et à déterminer sur la courbe obtenue les points d'inflexion ou les discontinuités traduisant des va nations d'état physique de la résine. 2o riscosimètre pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que, entre le moteur entraSnant l'agitateur et ce dernier, sont interposés un potentiomètre électrique et un système de ressort, de manière que le potentiomètre traduise par des variations de tension les variations du couple résistant exercé par la résine fondue sur l'agitateur. 3.- Viscosimètre selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'arbre de sortie du moteur entrains une cage tournante, à l'intérieur de laquelle sont disposés un potentiomètre et un ressort spirale portés par ladite cage, l'arbre d'entratnement de l'agitateur du viscosimètre étant solidaire de l'axe du potentiomètre et dudit ressort spirale. 4.- Viscosimètre pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que sa coupelle est portée par une barre de torsion liée à une structure fixe et munie de jauges extensométriques permettant d'enregistrer les variations du couple résistant s' exerçant sur l'agitateur. Sd Viscosimètie pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que sa coupelle est reliée à un capteur de déplacement, par l'intermédiaire d'un ressort hélicoSdal.