Brevet FR2459815A1 — publié le 19810116

La présente invention concerne un matériau plastique à conductibilité thermique élevée et bonne résistance mécanique, comprenant au moins une polyoléfine et une charge d'un matériau conducteur. Un tel matériau plastique convient particulièrement pour des surfaces d'échange de chaleur, notamment pour des convecteurs domestiques d'échange de chaleur entre eau et air. On a déjà cherché à améliorer la conductibilité thermique de matériaux plastiques de bonne résistance mécanique et de bonne résistance au vieillissement, tels que des polyoléfines, par addition de charges conductrices, telles que du noir de carbone, des poudres métalliques, ou certains oxydes métalliques. Toutefois, si l'on ajoute aux polyoléfines une proportion de matériau conducteur suffisante pour obtenir une bonne conductibilité thermique, les propriétés mécaniques deviennent mauvaises, le matériau se révélant notamment cassant. On n'a donc pu jusqu'ici obtenir un matériau plastique chargé présentant à la fois de bonnes propriétés mécaniques, permettant la fabrication d'objets par extrusion, et une conductibilité thermique compatible avec son emploi dans des organes d'échange de chaleur. La présente invention a pour but de procurer un tel matériau, qui soit par ailleurs d'une fabrication facile et d'un prix de revient modéré. Le matériau plastique selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend un mélange de 50 à 80% en poids de polyéthylène à haute densité et de 20 à 50% en poids de copolymère éthylène-propylène, additionnés d'au moins 50% en poids, rapporté au poids de polymère, de noir de carbone de surface spécifique au moins 100 m2/g. Il répond en outre de préférence à au moins l'une des caractéristiques suivantes - Les proportions relatives de polyéthylène à haute densité et de copolymère éthylène-propylène sont d'environ 2 parties en poids du premier pour une partie en poids du second. - La proportion de noir de carbone est d'environ 80% en poids, rapportée au poids de copolymère. - La surface spécifique du noir de carbone est d'environ 250m2/g. - Il comprend en outre au moins un agent anti-oxydant, et de préférence un agent de couplage entre la charge et la matrice de polymère. - L'agent anti-oxydant est constitué par un mélange de polyphénols alcoylés et de thiodipropionates. - L'agent de couplage est un titanate organique. - La proportion pondérale d'agent de couplage est d'environ 1% à 2%, rapportée à la masse totale de polymère. Il est décrit ci-après à titre d'exemple la fabrication d'un matériau plastique selon l'invention. On fond d'abord dans un melangeur vers 1500-1600C, une quantité déterminée de copolymère éthylènepropylène, à laquelle on ajoute environ 1,5% en poids d'un agent de couplage formé par un titanate organique répondant à la formule (R0)-Ti-(0-X-R2-Y) 3, dans laquelle R, R2 X et Y désignent respectivement les radicaux alkyle, aromatique, le groupe sulfonyle et l'hydrogène, et vendu sous la désignation commerciale KR-9S par Kenrich Petrochemicals. La fonction de cet agent de couplage est d'assurer la fixation ultérieure des particules de noir de carbone sur des sites privilégiés des chatnes de polymère, ce qui permet en particulier d'améliorer la résistance au choc du matériau chargé. On ajoute également à titre d'agent anti-oxydant un mélange de polyphénol alcoylé tétrakis [méthylène-3 (3', 5'- di-t- butyl-4 '-hydroxyphényl propionatei méthane, vendu sous la désignation commerciale Irganox 1010 par la société Ciba-Geigy, et de distéarylthiodipropionate, vendu sous la désignation commerciale Irganox PS 802 par la même société. On ajoute alors 2 parties de polyéthylène à haute densité par partie de copolymère éthylène-propylène, en continuant le mélange. Les deux polymères étant bien mélangés, on ajoute en plusieurs fois 80% en poids du noir de carbone vendu sous la désignation Vulcan XC 72 par la société Cabot, de surface spécifique 254 m2/g et de dimension moyenne de particule 0,03 micron, dont les agrégats de particules sont groupés en forme d'aiguilles. Lorsque la charge est bien mélangée aux polymères, on peut retirer le matériau du mélangeur et le laisser se solidifier. Il possède de bonnes propriétés mécaniques, une bonne résistance au vieillissement et une conductibilité thermique d'environ 0,6 W/m.dOK. Il peut être mis en forme de pièces profilées par extrusion. Bien que le matériau dont la fabrication vient d'être décrite paraisse la forme de réalisation préférable de l'invention, on comprendra que diverses modifications peuvent lui être apportées sans sortir du cadre de l'invention, certains de ses constituants pouvant être remplacés par d'autres qui joueraient un rôle technique analogue. En particulier, on peut utiliser d'autres antioxydants et d'autres agents de couplage, notamment du groupe des silanes. On peut utiliser un noir de carbone de plus faible surface spécifique, bien qu'il donne un matériau de moins bonne conductibilité thermique. Ce matériau s'applique notamment à la fabrication de convecteurs d'échange de chaleur à air pour appartements, ainsi qu'à l'encapsulation de matières de stockage de chaleur, pour lesquelles il présente sur les métaux l'avantage d'une meilleure facilité de mise en oeuvre, d'une légéreté et d'une résistance à la corrosion supérieures. REVENDICATIONS 1/ Matériau plastique à conductibilité thermique élevée et bonne résistance mécanique, comprenant au moins une polyoléfine et une charge d'un matériau conducteur, caractérisé en ce qu'il comprend un mélange de 50 à 80% en poids de polyéthylène à haute densité et de 20 à 50% en poids de copolymère éthylènepropylène, additionnés d'au moins 50% en poids, rapporté au poids de polymère, de noir de carbone de surface spécifique au moins 100 m2/g. 2/ Matériau plastique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les proportions relatives de polyéthylène à haute densité et de copolymère éthylènepropylène sont d'environ 2 parties en poids du premier pour une partie en poids du second. 3/ Matériau plastique selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la proportion de noir de carbone est d'environ 80% en poids, rapportée au poids de polymère. 4/ Matériau plastique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la surface spécifique du noir de carbone est d'environ 250m2/g. 5/ Matériau plastique selon itune des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un agent anti-oxydant et de préférence un agent de couplage entre la charge et la matrice de polymère. 6/ Matériau plastique selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'agent anti-oxydant est constitué par un mélange de polyphénols alcoylés et de thiodipropionates. 7/ Matériau plastique selon les revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que l'agent de couplage est un titanate organique. 8/ Matériau plastique selon la revendication 7, caractérisé en ce que la proportion pondérale d'agent de couplage est d'environ 1% à 2%, rapportée à la masse totale de polymère.