Brevet FR2358075A1 — publié le 19780203

La présente inventions à la réalisation de laquelle ont collaboré MM. Daniel SEMANAZ et Robert CASSAS a pour objet un élément radiant pouvant être utilise notamment dans des dispositifs de chauffage. Cet élément est caractérisé en ce qu'il est constitué par un assemblage comprenant essentiellement, en superposition a - un support réfléchissant, b - un matériau isolant électriquement, constitué par un support fibreux, tissé ou non tissé imprégné de résine polyamide, c - une résistance électrique constituée par deux nappes de fils conducteurs disposées de partet d'autre d'un matériau support, la direction des fils des deux nappes étant croisée d'une nappe à l'autre, les extrniites des fils étant munies de moyens permettant leur raccordement à une source d'énergie électrique, d - un matériau isolant électriquement tel que celui décrit sous b, Les couches a, b, c et d étant liées entre elles de manière permanente. L'invention concerne également une technique de fabrication d'un tel article, technique qui sera mieux comprise en se référant aux schémas cijoints. Cette technique consiste essentiellement à empiler successivement [fig. 1] s - le support réfléchissant Oi ss - un préimprégné 2 constitué par un matériau fibreux imprégné au moyen d'un prépolymère polyimide y - un article de forme sensiblement cylindrique 3 constitué par un préimprégné 4 tel que défini sous. B, comportant à sa surface externe un enroulement hélicoïdal 0 formé a partir d'un ou plusieurs fils conducteurs émaillés 6 - un préimprégné 6 tel que défini sous B puis à presser l'empilement à une température permettant l'assemblage des différentes éléments. Dans la figure 2, on a représenté les divers éléments constituant l'article en supposant que ces différents éléments soient séparables. Lerepère 1 représente le matériau réfléchissant. Les repères 2' et 6' représentent les matériaux isolants électriquement après pressage et durcissement de la résine polyimide. Le repère 3 représente l'élément actif (radiant) résultant du pressage du cylindre représenté en 3 dans la figure 1. Le matériau réfléchissant Qi peut etre constitué par une plaque métallique polie. On choisit avantageusement dans le cas présent une feuille d'aluminium. Etant donné que cette feuille fera ensuite partie intégrante de l'assemblage, il n'est pas nécessaire d'utiliser une feuille de forte épais- seur. En général, une épaisseur comprise entre 10 et 100 est satisfaisante. Les matériaux isolants électriques 2 et 6 peuvent etre avantageusement constitués par des "préimprégnés" comprenant un support fibreux, tel que un tissu ou mat de verre, une nappe de fibres d'asiante, un tissu de fibres # synthétiques, par exemple de polyemide aromatique ou de polyamide-imide, une nappe de fibres de carbone, imprsgnés à sec par poudrage ou au moyen d'une solution ou d'une dispersion aqueuse d'un prépolymère obtenu par réaction d'un bis-imide d'acide dicarboxylique non saturé et d'une polyemine.-La préparation de tels prépolymères se trouve décrite par exemple dans le brevet français 1 555 564.La préparation de suspensions aqueuses de tels prépolymères est décrite dans le brevet français 2 110 619. L'imprégnation de la nappe de fibres peut se faire selon la technique décrite dans ce dernier brevet. On peut également former directement une nappe de fibres préimprégnées en suivant les diverses techniques décrites dans le brevet français 2 156 452. La résistance électrique peut avantageusement hêtre réalisée de la manière suivante (en se référant à la figure 3). On utilise un préimprégné QT tel que ceux decrits précédemment, et on enroule ce préimprégné autour d'un mandrin 8 . La circonférence du mandrin - et la dimension du préimprégné - sont calculées de manière à correspondre au'double d'une des dimensions de la plaque "radiante", la longueur du mandrin correspondant sensiblement à la plaque radiante. I1 est précisé en effet que, pour des raisons évidentes de sécurité, il est souhaitable que les dimensions de la zone radiante soient quelque peu inférieures (par exemple de quelques centimètres) aux dimensions hors-tout de l'article. On réalise ensuite un enroulement hélicoidal 9 sur le préimprégné au moyen d'un fil conducteur émaillé Oo . Pour ce faire, on peut utiliser un mandrin animé d'un mouvement rotatif autour de son axe, l'enroulement étant obtenu par déplacement d'un guide-fil 8 parallèlement à une génératrice du mandrin. Le nombre de fils utilisés et le nombre de tours dépendent du fil utilisé et de la densité de chauffe choisie. On donnera plus loin un exemple de réalisation d'un article. En règle générale, on préfère utiliser plusieurs fils, par exemple de 2 à 10, qui sont enroulés avec un espacement de i'ordre.de 2 à 5 mm. Le diamètre du fil varie généralement entre 0,05 et 0,5 mm, le matériau constituant le fil pouvant etre choisi psrmi les métaux ou alliages habituellement utilisés pour la réalisation de résistances électriques. On a obtenu des résultats particulièrement intéressants avec un fil de nickelchrome présentant une résistance de 36 n/m. Le fil conducteur comporte un revêtement isolant. Il existe divers types de vernis d'émaillage électrique (vernis polyester, polyesteramide, polyester-imide, polyimide, par exemple) et l'on peut utiliser présentement des fils émaillés au moyen de ces produits. On peut également utiliser des fils comportant un revêtement primaire d'un certain type, par exemple polyester et un surcouchage d'un autre type, par exemple amide-imide. On a toutefois obtenu des résultats particulièrement intéressants en utilisant un fil émaillé multicouches, le revêtement étant constitué par un polyamideimide. Après enroulement, on-retire le mandrin du cylindre constitué par le préimprégné comportant A la surface extérieure les enroulements de fil conducteur. Pour la réalisation des articles confortes à l'inventione on place sur un plateau d'une presse le support. réfléchissant, le premier article isolant (préimpr.égné), le cylindre décrit ci-dessus et enfin le second article isolant puis presse fortement l'ensemble. Pour faciliter la mise en place du second article isolant on peut évidement aplatir plus ou moins le cylindre. L'ensemble est pressé à une température permettant un ramollissement de la résine polyimide présente dans les différents éléments constitutifs. Les prépolymères obtenus à partir d'un bis-maléimide et d'une diamine ayant en général un point de ramollissement compris entre 80 et 200 C, la température de pressage se situe généralement entre 100 et 250 OC. De préférence, dans le but de permettre un accrochage efficace des différentes composants, la température est supérieure å 150 OC. En général, le chauffage des prépoly- mères décrit ci-avant permet d'obtenir successivement leur ramollissement et leur durcissement. On peut naturellement procéder à un recuit de l'ensemble par exemple pendant quelques heures à 200 OC ou plus. Au cours du pressage, le cylindre comportant l'enroulement est aplati et l'on obtient, de part et d'autre d'une couche de matériau électrique- ment isolant (préimprigné ayant servi a la fabrication du cylindre) une série de fils conducteurs, disposés de manière sensiblement parallèle entre eux sur chaque face, la direction des fils étant croisée d'une face à l'autre (figure 2). La pression appliquée lors du pressage est généralement comprise -entre 5 et 100 bars. Les extrémités des fils conducteurs peuvent ensuite etre raccordées par les moyens usuels à une source d'énergie électrique avec interposition éventuelle des dispositifs de controle ou de régulation appropriés. Lorsque l'on a utilise plusieurs fils, on peut naturellement, en les raccordant séparEzent, constituer des articles à plusieurs allures de chauffe. Les articles conformes à l'invention peuvent constituer ltélément chauffant et radiant de dispositifs de chauffage les plus divers. Naturellement le technique décrite ci-avant et qui sera illustrée par l'exemple qui suit permet la réalisation d'articles-de dimensions très variées. La température de fonctionnement de ces articles se situe entre environ 100 et 250 C et, dans ces conditions, ils dispensent une chaleur très agréable. Les matériaux utilisés pour la réalisation de ces articles, notamment l'emploi de résines polyimide offrent toutes les garanties au point de vue protection électrique, c'est-à- dire securite - d'emploi. Dans l'exemple qui suit on détaillera la technique de fabrication d'un élément de 400 i. EXEMPLE: On fabrique un élément de dimensions hors-tout : 48 x 25 cm. On utilise une feuille d'aluminium présentant ces dimensions et ayant une épaisseur de 30 p Les supports isolants.sont constitués par un tissu de verre type satin pesant 200 g/m2 imprégnés de prépolymère polyimide : ce prépolymère est préparé à partir de N,N'4,4' diphénylméthane bis maléimide et de bis (amino-4 phényl) méthane (rapport molaire bis imide = 2,5) et présente un point de diamine ramollissement de 100 OC. I1 est utilisé sous forme de solution dans la N-méthylpyrolidone (50 g de prépolymère pour 100 g de solution) et l'imprégna- tion du-tissu de verre se fait au trempé.On procède ensuite au séchage du préimprégné (1/4 h à 150 C). La,quantite de prépolymbre déposée sur le tissu de verre est d'environ 40 g pour 100 g de préimprégné. On découpe dans la nappe de préimprégné deux pièces de 48 x 25 cm destinées à constituer les deux supports entourant la résistance et une pièce de 82 x 22 cm. Cette dernière pièce est enroulée sur un mandrin de 25,5 cm de diamètre et 22 cm de long. On fait tourner le mandrin et, à l'aide d'un guide-fil te délaçant à raison de 13 mm par tour de mandrin, on enroule autour. du préimprégné 5 fils de nickel-chrome (résistance 36 D/cm) de 0,2 mm de diamètre, ayant reçu 6 couches de vernis polyamide-imide produit obtenu à partir de bis (isocyanato-4 phényl) méthane et d'anhydride trimellique, dans un rapport molaire voisin de 1], mis en oeuvre sous forme de solution dans un mélange de N-méthylpyro- lidone et de xylène. L'épaisseur de vernis est de 2/100 demm.- La longueur des 5 fils est de 16 m et le pas de l'enroulement est de l'ordre de 2 à 3 mm. La longueur de la partie bobinée est de 20 cm. On retire ensuite le mandrin. On empile ensuite sur le plateau d'une presse, successivement la feuille d'aluminium, un des préimprégnés, le cylindre portant l'enroulement, le second préimprégné et presse l'ensemble, porté à 180 C pendant 10 mm sous 10 hars. On retire un article de 48 x 25 cm, comportant une zone radiante de 41 x 20 cm, qu'on recuit 24 heures à 200 OC. Les extrémités des deux groupes de 5 fils (arrivée et départ) sont munies de fiches permettant leur raccordement à une source de courant électrique C220 V). La densité de chauffe de l'élément radiant est de 0,48 W/cm2 environ. La température de fonctionnemont de l'élément est de 190 C et, après 2 000 heures de fonctionnement [cycles 13,5 mm de fonctionnement puis 1,5 mm d'arrêt puis de nouveau fonctionnement-arrêt ... on n'observe aucune dégradation de l'article ni aucune modification de ses performances. REVENDICATIONS 1 - Un-élément radiant utilisable dans un dispositif de chauffage, caractérisé en ce qu'il est constitué par un assemblage comprenant essentiellement, en superposition : a - un support réfléchissant, b - un matériau isolant électriquement constitué par un support fibreux, tisse ou non tissé imprégné de résine polyimide, c - une resistance électrique constituée par deux nappes de fils conducteurs disposes de part et d'autre-d'un matériau support, la direction des fils des deux nappes étant croisée d'une nappe å l'autre, les fils étant disposés d'une maniere sensiblement parallèle dans une même nappe, les extremi- tés desdits fils étant munies de moyen permettant leur raccordement à une source d'énergie électrique, d - un matériau isolant électriquement tel quezeelui décrit sous b, les différents composants a, b, c et d étant liés entre eux de manière permanente. 2 - Un procédé de fabrication d'un article selon la revendication 1, consistant $.empiLer successivement a - le support réfléchissant a, ss - un préimprégné constitué par un matériau fibreux imprégné au moyen d'un prépolymère polyimide, y - un article de forme sensiblement cylindrique constitué par un préimprégné tel que défini sous ss, comportant à sa surface externe-un enroulement hélicoïdal formé à partir d'un ou plusieurs fils conducteurs émaillés, # - un préimprégné tel que défini sous ss, puis à presser l'empilement å une température permettant l'assemblage des différents éléments. 3 - Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le prépolymère polyimide est préparé a partir d'un bis-imide d'acide dicarboxylique non saturé et d'une polyamine, et présente un point de ramollissement compris entre 80 et 200 OC. 4 - Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les fils conducteurs sont des fils de nickel-chrome émaillés au moyen d'un polyamide-imide.