Brevet FR2469429A1 — publié le 19810522

Matériau plastique à conductibilité thermique élevée et bonne résistance mécanique La présente invention concerne un matériau plastique à conduc tibilite, thermique élevée et bonne résistance mécanique, à matrice polymère comprenant au moins du polyéthylène à haute densité, avec une charge de noir de carbone. La demande de brevet français n0 79 16375 du 26 juin 1979 de la demanderesse porte sur un matériau de ce genre, dans lequel la matrice polymère est formée par un mélange de 50 à 80% en poids de polyéthylène à haute densité et de 20 à 50% en poids de copolymère éth#%éne-pkopylène, et la charge par du noir de carbone de surface 2 spécifique au moins 100 m2/g, en proportion d'au moins 50% en poids, rapportés au poids de matrice polymère. Bien que le matériau plastique ainsi défini possède une conductibilité thermique élevée, il était souhaitable de l'améliorer encore pour lui permettre de trouver des applications en échange de chaleur dans des domaines où l'on utilisait jusqu'à présent les métaux, en dépit des inconvénients, notamment entartrage et corrosion par l'eau, qu'ils présentent. La présente invention a donc pour but de procurer un matériau plastique de conductibilité thermique améliorée par rapport à celle du matériau de la demande de brevet ci-dessus. Le matériau plastique selon l'invention est caractérisé en ce que sa charge de noir de carbone est additionnée d'au moins environ 7% en poids de fibres de carbone ou de poudre de graphite, rapportés au poids de matériau polymère. Il répond en outre de préférence à au moins l'une des caractéristiques suivantes - La longueur des fibres de carbone est de 1 à 3 mm environ au moment où elles sont incorporées au matériau plastique. - Le diamètre moyen des fibres de carbone est d'environ 8 microns. La dimension moyenne de particule de la poudre de graphite est d'environ 5 microns. il est décrit ci-après, à titre d'exemple, la fabrication de matériaux plastiques selon l'invention, dont la charge de noir de carbone est additionnée, soit de fibres de carbone, soit de poudre de graphite. On fond d'abord dans un mélangeur vers 1500-1600C, une quantité déterminée de copolymère éthylène-propylène, à laquelle on ajoute environ 1,5% en poids d'un agent de couplage formé par un titanate organique répondant à la formule (RO) -Ti-(O-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 chaines 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 tétrakisLméthylène#3 (3', 5'- di-t-butyl-4' -hydroxyphény#propionate#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 en poids 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. Puis on ajoute 10% en poids de fibres courtes de carbone de longueur 1 à 3 mm et de diamètre moyen 8 microns, commercialisées par la société Serofim. Lorsque l'ensemble de la charge est bien mélangée aux polymères, on retire le matériau du mélangeur et le laisse se solidifier. Il possède une conductibilité thermique de 5 à 10 fois supérieure selon les proportions, de bonnes propriétés mécaniques et une bonne résistance au vieillissement. Il peut être mis en forme de pièces profilées par extrusion.Il est certain que les fibres s'orientant dans une certaine mesure parallèlement à l'axe d'extrusion, créent des liaisons physiques entre les particules de noir de carbone et améliorent la conductibilité thermique principalement dans la direction de leur orientation. Si l'on veut utiliser comme adjuvant de la charge de noir de carbone de la poudre de graphite, on procède comme précédemment, mais remplace les fibres de carbone par la même quantité de poudre de graphite naturel de dimension moyenne de particule 5 microns. Il se produit également à l'extrusion une orientation préférentielle des plans des particules de graphite selon Loaxe de l'extrusion. Bien que les matériaux dont la fabrication vient d'etre décrite paraissent les formes de réalisation préférables de l'invention, on comprendra que diverses modifications peuvent leur etre apportées sans sortir du centre de l'invention, certains de leurs 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. En vue d'obtenir une bonne résistance au feu, on peut remplacer le copolymère éthylène-propylène de la matrice par du polyéthylène chloré, comme défini dans la demande de brevet déposée ce même jour par la Demanderesse pour "Matériau plastique résistant au feu, à conductibilité thermique élevée et bonne résistance mécanique". Le matériau de l'invention s'applique notamment à la fabrication de convecteurs d'échange de chaleur à air pour pièces d'habitation ou bien à eau pour capteurs solaires, ainsi qu'à l'encapsulation de matières de stockage de chaleur. REVENDICATIONS 1/ Matériau plastique à conductibilité thermique élevée et bonne résistance mécanique, à matrice polymère comprenant au moins du polyéthylène à haute densité, avec une charge de noir de carbone, caractérisé en ce que la charge de noir de carbone est additionnée d'au moins environ 7% en poids de fibres de carbone ou de poudre de graphite, rapportés au poids de matrice polymère. 2/ Matériau plastique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la longueur des fibres de carbone est de 1 à 3 mm environ au moment où elles sont incorporées au matériau plastique. 3/ Matériau plastique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le diamètre moyen des fibres de carbone est d'environ 8 microns. 4/ Matériau plastique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la dimension moyenne de particule de la poudre de graphite est d'environ 5 microns.