Brevet FR2550047A1 — publié le 19850201

Cette invention concerne une enceinte pour équipements électriques ou électroniques. Les contenants enceintes (bottiers, armoires, etc) pour équipements électriques ou électroniques sont souvent en métal, mais maintenant les fabricants préfèrent l'emploi de matériaux plastiques (ex: polycarbonates) , car ceux-ci ont l'avantage d'un prix de fabrication plus bas, d'un poids réduit et d'une plus grande souplesse de conception Ils ont, cependant, l'inconvénient d'être pratiquement transparents aux radiations 10 électromagnétiques Comme e 16 nombre de sources de radiations augmente (telles les bandes radio d'amateurs) et que les équipements électroniques (les microprocesseurs par exemple) deviennent plus complexes et aussi plus sensibles aux champs électromagnétiques extérieurs, il devient ainsi plus important 15 d'affaiblir les radiations émises par les uns et d'abriter les autres des radiations électromagnétiques qui peuvent les atteindre. La présente invention fournit un bottier d'équipement électrique ou électronique qui est adapté au but souli20 gné Le bottier est moulé à chaud à partir d'une résine organique thermoformable dans laquelle est incorporée une charge de matériau connu sous le nom de graphite expansé, qui est suffisant pour donner aux produits moulés une conductivité électrique équivalente à une résistivité n'excédant pas 10 ohm-cm. 25 En raison de la structure du graphite expansé, il suffit de 0,5 du poids pour fournir un réseau de conductibilité électrique dans le produit moulé I 1 est cependant préférable d'incorporer de 2,5 à 20 'O en poids et les taux se situant entre 5 et 20 %O sont particulièrement préférés. Le graphite expansé est un matériau bien connu, employé dans la fabrication de joints, de matériels d'emballage et d'étanchéité et il est fait de flocons de graphite naturel ou de graphite synthétique bien ordonné par un procédé dont la première étape comporte le traitement du graphite par un 35 agent fortement oxydant Ainsi, quand le graphite est traité à l'acide sulfurique dans des conditions fortement oxydantes, il se crée un gonflement léger dû à l'interposition entre les couches d'atomes de carbone à agencement hexagonal constituant le réseau de graphite, d'ions bisulphate H 504 et de molécules d'acide sulfurique neutre H 2504 Si le matériau gonflé légérement est lavé avec un grand volume d'eau, les molécules neutres 5 d'acide sulfurique intercalées sont iemplacées par des molécules d'eau, mais les ions H 504 ne sont sensiblement pas affectés. Quand Jle composé est libéré de l'eau de lavage adhérente et chauffé pendant quelques secondes à une température de l'ordre de 1 000 C, l'eau contenue dans les interstices est vaporisée 10 subitement et provoque une forte expansion du composé dans la direction c (c'est-à-dire perpendiculaire au plan des couches d'atomes de carbone), de sorte que la dimension finale dans le sens c peut être 100 fois ou même plus que la valeur initiale. Grâce à la soudaineté de l'expansion, les particules de subs15 tance expansée sensiblement exempte de sulfate ne possèdent pas la structure bien ordonnée du graphite d'origine; elles sont de forme irrégulière, habituellement décrite comme vermiculaire, et sont extrêmement poreuses Elles sont aussi très différentes des particules de graphite oxydé connu comme "l'oxyde de gra20 phite" ou "l'acide graphitique". En dépit de leur porosité élevée, les particules de graphite expansé ne sont pas particulièrement fragiles; elles sont en fait beaucoup moins fragiles que les microbilles de carbone creux, dont l'inclusion dans un matériau absorbant les 25 radiations électromagnétiques est-décrit dans le brevet britannique 1 411 731 Ces microbilles coûtent cher à faire,-et leur structure sphériqu-e- nécessite de les employer en plus grande proportion dans un support non conducteur pour obtenir un composé offrant une conductibilité électrique égale à celle obtenue avec une quantité donnée de graphite expansé Les mélanges de résines thermoformables qui incluent des microbilles de carbone creux dans une proportion permettant d'obtenir une conductivité électrique adaptée au but recherché, sont en fait très difficiles à mouler du fait de leur basse plasticité. Les résines thermoformables employées de préférence, sont des résines phénoliques, en particulier les résines formaldéhydes de phénol, et les résines de polyesters insaturés, mais les résines époxy, les résines urée formaldéhyde et les résines mélanine formaldéhyde peuvent être employées si on le désir. En règle générale, la résine thermoformable constituera 20 % au moins en poids des composés à mouler, mais pas plus de 95 O en poids Le complément de la composition moulable est essentiellement des additifs à mouler non conductifs comme des fibres de renfort et un additif non fibreux Il peut y avoir jusqu'à "' en poids de fibres de renfort et jusqu'à 60 % en poids d'additifs D'autrés additifs de moulage tels que des catalyseurs, 10 inhibiteurs et agent de démoulage peuvent être employés jusqu'à environ 10 en poids. L'invention est illustrée par les exemples 1 à 3, ci-après, o l'on utilise comme matériau de départ du graphite expansé qui est opportunément préparé comme suit: 15 Préparation du graphite expansé: Du graphite naturel en flocons ( 10 gms, 99 O' carbone, 'o sont retenus par un tamis de mailles de 300 mm de diamètre) est doucement mélang 6 pendant une demi-heure avec un mélange ( 90 gms, ajouté à température ambiante) d'acide sulfurique, 20 d'acide nitrique et d'eau, suivant les proportions en poids H 2504 HNO 3: H 20 = 74:15:11. Le mélange de réaction est filtré et le composé de graphite formé par la réaction (probablement C 24 + H 50 n H 2504)i SO' 24 4 2 4 est lavé profondément jusqu'à le libérer des molécules de 25 H 2 SO 4 à l'eau courante à la température de la pièce ( 20 C) pendant une heure Le matériau totalement lavé est essoré puis séché à 80 C pendant trois heures, et puis expansé selon le procédé usuel à la flamme (température 1 200 C) pour volatiliser.3 l'eau liée Le produit expansé a une densité d'environ 4 kg/m 30 ( 0,004 gm/cm 3). Pour éviter les difficultés de manutention de très grands volumes d'un matériau de si basse densité, il peut être pratique de compacter le produit, à une densité n'excédant pas 75 à 100 kg/m 3. 255004 ? EXEMPLE 1 Le graphite expansé ( 40 g) est doucement compressé 3 en un lingot de densité 18 kg/m 3 et ce dernier est mis dans un bain ( 2 040 g) de solution alcoolique de résine de resole phénolique (viscosité 60 centistokes à température ambiante) con5 tenant 25 o en poids de solide Quand le lingot a absorbé tout le liquide, il est broyé dans un mixer pour obtenir des fragments de 2 à 10 mm de dimension maximum et des fragments de fibre de verre ( 6 mm de long, 240 g) comportant un apprêt compatible avec la résine phénolique y est mélangée Après 15 10 minutes, le mélange est mis dans un four maintenu à 1050 C pendant 100 minutes pour évaporation du solvant et cuisson partielle de la résine. Le mélange partiellement cuit et débarrassé du solvant est alors transféré dans un moule chauffé et cuit sous 15 pression à 170 C pendant une heure pour former un boîtier avec une épaisseur de parois de 3,5 mm, une densité 1 500 kg/m 3 et une résistivité de 0,18 ohm-cm. La capacité du matériau du boîtier à réduire la transmission de radiation électromagnétique à diverses fréquen20 ces a été étudiée ainsi: Un panneau du matériau a ét 6 monté sur une ouverture carréede 25 cm de côté découpé dans une paroi'd'une enceinte par ailleurs bien blindée Une batterie de générateurs de signaux avec des antennes-Éppropriées d'émission étaient placées à l'extérieur de l'enceinte, face à l'ouverture, et des récepteurs adaptés étaient montés dans l'enceinte face à l'ouverture. Les combinaisons d'émetteurs, récepteurs et antennes étaient choisies de façon à autoriser des mesures sur des fréquences situées dans la gamme de 50-1 000 M Hz. En mesurant les niveaux de signal reçu aux fréquences choisies, avec et sans le panneau à tester placé sur l'ouverture, les caractéristiques deatténuation du panneau étaient déterminées sur la gamme de fréquences énoncée L'atténuation mesurée était de 32-64 d B, comme indiqué cidessous (Une atténuation de 20-40 d B est considérée comme satisfaisante pour la plupart des équipements grand-public et professionnel). Fréquence (M Hz) Atténuation (d B) 960 700 450 200 50 64 64 64 56 52 32 Les propriétés mécaniques des matériaux moulés formant le boîtier sont: Résistance à la traction (Mpa) Module de traction (Gpa) Résistance à la flexion (Mpa) Module de flexion (Gpa) Résistance au choc IZOD (bord entaillé)(J/m) EXEMPLE 2 Les composants suivants sont mélangés 20 vient pendant dix minutes: A Graphite expansé dcchiqueté (pressé à la densité 11 kg/m 3) Fibre de verre tronçonné ( 3 mm de long) 25 ( 1) Résine phénolique en poudre Stéarate de calcium (agent de démoulage) g 550 g 400 g g par va et B g 500 g 400 g g ( 1) Résine novolac mélangée avec 12 'O en poids d'hexamine; viscosité du mélange = 82 kpoise minimum à 136 C. Chaque mélange A et B est soumis à cuisson sous pression (pression de moulage 4-16 MN/m 2) pendant une heure à C dans un moule chauffé pour donner aux parois du boîtier une épaisseur de 3,5 mm et une densité d'environ I 750 kg/m 3. Les autres propriétés des matériaux ainsi obtenus sont: Capacités de protection des radiations électromagnétiques Atténuation (d B) Fréquence (M Hz) A B 000 120 140 960 72 100 700 70 100 450 64 110 58 90 44 85 32 55 Résistance à la traction (Mpa) 45 39 Module de traction (Gpa) 14,3 12 Résistance à la flexion (Mpa) 108 73 Résistivité (ohm-cm) 0,35 0,07 EXEMPLE 3 Les composants suivants sont mélangés dans un 20 malaxeur à batteur en Z: Graphite expansé (compacté à une-densité de 11 kg/m 3) 100 g Solution de résine de polyester dans le styrène (en poids: 2 part's-de polyester dérivé de glycol propylène, acide maléique et anhydride phtalique; 1 part de styrène) 700 g Suivi de: Une solution de polyvinylacétate dans le styrène ( 1/1) (additif à bas profil) 200 g Mélange usuel de catalyseur et inhibiteur 10 g Suivi de: Craie (additif, taille moyenne des particules 3 mm 770 9 Stéarate de calcium-(agent de démoulage) Suivi de: g Fibre de verre ( 6 mm de long, avec apprêt compatible polyester) 200 g Aorès un total de 20 minutes de mélange, le matériau est transvasé dans un moule chauffé et cuit sous pression à C pendant une minute et demie pour former un boîtier dont l'épaisseur des parois de 4 mm et de densité 1 590 kg/m 3. La résistivité est de 0,5 ohm-cm. La capacité à atténuer la transmission des radiations 10 électromagnétiques à diverses fréquences différentes était: Fréquence (M Hz) Atténuation (d B) 000 960 700 450 200 50 54 48 32 26 Les propriétés mécaniques du matériau du boîtier sont: Résistance à la traction (Mpa) Module de traction (Gpa) Résistance à la flexion (Mpa) Module de traction"C Gpa) Résistance au choc (entaillé J/m) REVENDICATIONS 1 Enceinte pour équipements électriques ou électroniques obtenue par moulage à chaud d'une composition comprenant une résine thermoformable qui contient du graphite expansé en quantité suffisante pour communiquer à l'objet 5 moulé une résistivité électrique n'excédant pas 10 ohm-cm. 2 Enceinte selon la revendication 1 dans laquelle le pourcentage de graphite expansé forme de 0,5 à 20 % en poids de la composition. 3 Enceinte selon la revendication 2 dans laquelle 10 le pourcentage de graphite expansé forme 2,5 à 20 %, en poids de la composition. 4 Enceinte selon la revendication 3 dans laquelle l'apport de graphite expansé représente le pourcentage en poids de 5 à 20 o. 5 Enceinte selon chacune des revendications 1 à 4 o la résine organique thermoformable constitue 20 à 95 % du poids du mélange. 6 Enceinte selon la revendication 5 o le mélange contient jusqu'à 60 O en poids en fibre de verre. 7 Enceinte suivant la revendications 5 ou 6 o le mélange contient jusqu'à 60 N en poids d'additif non fibreux. 8 Enceinte suivant une quelconque des revendications 1 à 7 o la résine thermoformable est une résine phénolique. 9 Enceinte suivant une quelconque des revendications 1 à 7 o la résine thermoformable est une résine polyester non saturée.