Brevet FR2563771A1 — publié le 19851108

Perfectionnements aux feuilles composites métal-polmère et a leurs procédês et dispositifs de fabrication. L'invention concerne les feuilles composites formtées par juxtaposition jointive d'une feuilie mince de màétal mécaniquement résistante et d'une feuille mince de poly- mère à résistivit él.ectrique élevée, ainsi que les procé- des et dispositifs de fabrication de ces feuilles composites. Les feuilles minces de métali ici considérées sont celles dont l'épaisseur est comprise entre 2 et 100 microns et qui sont généralement constituées en nickel ou en acier. Les feuilles minces de polymère ici considérées sont celles dont l'épaisseur est caoprise entre 5 et 50 microns et dont la résistivité électrique est supérieure à 1010 ohms- mètres, le matériau constitutif de ces feuilles étant notam- ment un polymère fluoré. Pour un certain nombre d'applications dans le domaine des électrets et des éléments piézo-électriques, il est intéressant de disposer de feuilles composites du genre défini ci-dessus dont les composants ou feuilles élémentai- res sont adhérés de façon intime et durable l'un contre l'autre. Il est difficile de fabriquer de telles feuilles com- posites, vu la minceur de leurs composants. - On a proposé à cet effet d'interposer une couche de colle entre les deux faces en regard des feuilles élémen- taires, mais ce procédé est difficile à mettre en oeuvre en raison des servitudes dues à l'étalement de la colle et à sa prise, et l'épaisseur de la couche de colle est rela- tivement élevée en regard de celles des feuilles élémentai- res à accoler. L'invention résout ce problème de juxtaposition join- tive et durable d'une façon à la fois simple et efficace. A cet effet, le procédé selon l'invention est carac- térisé par la suite des étapes suivantes: - on superpose l'une contre l'autre les deux feuilles élémentaires à accoler, - on injecte des ions électriques dans la face, de la feuille en polymère, la plus éloignée de la feuille métal- lique tout en mettant cette dernière à la masse, - et l'on chauffe la feuille en polymère ainsi pola- risée électriquement jusqu'à son ramollissement. Dans des modes de réalisation avantageux, on a recours en outre à. l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes: - on superpose les feuilles élémentaires à accoler sur un support métallique plat, avec la feuille en polymère au-dessus, on déplace la source d'ions au-dessus du support ainsi recouvert à la température ambiante de façon à balayer la face supérieure de la feuille en polymère et à y injecter des ions, puis on chauffe le support et son revêtement jusqu'au ramollissement de la feuille en polymère, - le support selon l'alinéa précédent est une plaque métallique associée à un manche thermiquement isolé de cette plaque, ce qui permet de déplacer ladite plaque et de la chauffer par son simple dépôt momentané sur une sour- ce de calories, - on déroule en continu les feuilles élémentaires à accoler à partir de rouleaux, on juxtapose ces feuilles et on les fait défiler successivement en regard d'une source d'ions et en regard d'une source de calories, - la source de calories selon l'alinéa précédent est un four traversé en continu par l'ensemble des deux feuilles élémentaires juxtaposées. L'invention comprend, mises à part ces dispositions principales, certaines autres dispositions qui s'utilisent de préférence en m'tme temps et dont il sera plus explicite- ment question ci-après. Dans ce qui suit, l'on va décrire des modes de réali- sation préférés de l'invention en se référant au dessin ci- annexé d'une manière bien entendu non limitative. La figure 1, de ce dessin, montre en coupe longitudi- nale une feuille composite au cours de sa fabrication selon l'invention. Les figures 2 et 3 illustrent respectivement deux pro- cédés de fabrication d'une telle feuille conformes à l'in- vention. On commence par juxtaposer les deux feuilles minces à accoler, savoir une feuille 1 en métal et une feuille 2 en polymère. La feuille 1 est constituée en un métal présentant une bonne résistance mécanique, par exemple en acier, cas dans lequel son épaisseur est comprise entre 10 et 100 microns, étant de préférence de l'ordre de 50 microns, ou en nickel, cas dans lequel son épaisseur est comprise entre 2 et 10 microns, étant de préférence de l'ordre de 4 à 5 microns. La feuille 2 en polymère présente une épaisseur com- prise entre 5 et 50 microns et une résistivité électrique élevée, savoir supérieure à 1010 ohms-mètres et de préfé- rence supérieure à 101l ohms-mètres. Elle est généralement constituée en un polymère fluoré tel que le PTFE (polytétrafluoroéthylène),le FEP (poly- fluorure d'éthylène propylène), le polymonochlorotrifluoro- éthylène, le polyfluorure de vinylidène ou encore en poly- éthylène, en polypropylène... ou en l'un des copolymères de ces différentes substances. On bombarde ensuite la face libre de la feuille 2 par des ions électriques émis à partir d'une source 3, alors que la feuille métallique 1 est mise à la masse. Ladite source 3 est par exemple un filament 4 en tungstène doré de 50 microns de diamètre placé à environ 10mm de la face à bombarder dans un capot métallique semi-cylin- dricue 5 mis à la masse et lui-même ouvert en regard de ladite face, notamment avec interposition d'une grille 6, le filament 4 et la grille 6 étant portés respective- ment à des potentiels de -7.000 volts et de -1.000 volts. Le bombardement en question a pour effet d'injecter dans la feuille 2, à proximité de sa face extérieure, des ions négatifs représentés par le signe -. Ces ions induisent des charges-images positives, re- présentées en 8 par le signe +, dans la face en regard de o10 la feuille métallique 1. La présence de ces charges électriques de signes con- traires dans respectivement les deux feuilles 1 et 2 se traduit par une attraction électrostatique extrêmement for- te entre ces deux feuilles, attraction qui a été schémati- sée par les flèches F. C'est dans cet état que l'on chauffe la feuille en polymère 2 jusqu'à son ramollissement, ce qui correspond en général à une température comprise entre 250 et 350 C, à l'aide d'une source de calories schématisée par la rampe de flammes 9. Apres refroidissement de la feuille composite 1, 2 ainsi obtenue, le collage à la fois électrique et thermique réalisé entre les deux feuilles élémentaires 1 et 2 qui la composent se révèle extrêmement solide: ces deux feuilles élémentaires sont parfaitement adhérées sur toute l'étendue de leurs faces en regard et cette excellente adhérence est conservée même après suppression de la polarisation élec- trique qui a contribué à son obtention. Les figures 2 et 3 illustrent schématiquement deux manières de conduire le procédé ci-dessus, l'une disconti- nue et l'autre continue. Dans le procédé discontinu schématisé sur la figure 2, les deux feuilles élémentaires 1 et 2 à accoler sont super- posées d'emblée sur toute leur étendue sur une plaque mé- tallique 10, avec la feuille en polymère au-dessus, et ce à température ambiante. Des moyens sont éventuellement prévus pour assurer un contact sans lacune entre les faces en regard de la pla- que 10 et de la feuille 1 et entre celles des deux feuilles 1 et 2, moyens tels que des poids ou tendeurs (non repré- sentés) répartis sur le pourtour de la feuille supérieure 2; On balaye ensuite la face supérieure de la feuille 2 à l'aide d'une source d'ions 3 du genre de celle décrite ci-dessus, la plaque 10 étant mise à la masse, par exemple par son repos sur une embase métallique 11 elle-même mise à la masse. A l'aide d'un manche 12 solidaire de la plaque 10 et thermiquement isolé de celle-ci, on place ensuite cette plaque 10, revêtue des feuilles! et 2, sur un réchaud approprié (non représenté) jusqu'au ramollissement, voirz la fusion, de la feuille 2, après quoi on replace l'ensemile sur l'embase 11. Après refroidissement, l'ensemble des deux feuilles 1 et 2 ont fusionné en une feuille composite unique, à com- posants inséparables, qu'il suffit de détacher de la pla- que 10. Dans le procédé continu schématisé sur la figure 3, les deux feuilles élémentaires 1 et 2 à accoler sont débi- tées respectivement à partir de deux rouleaux 13 et 14 à des vitesses identiques, puis elles sont juxtaposées par leur passage commun entre deux rouleaux 15 et 16. Elles défilent ensuite successivement en regard d'une source d'ions 3 du genre de celle décrite ci-dessus, cette source étant disposée du côté o se trouve la feuille en polymère 2, puis à l'intérieur d'un four 9 susceptible de chauffer la feuille 2 encore polarisée jusqu'à son ramol- lissement, voire à sa fusion. La feuille composite 1, 2 sortant du four 9 est en- suite enroulée sur un rouleau aval 17. En suite de quoi, et quel que soit le mode de réali- sation adopté, on dispose finalement d'une feuille composite métalpolymère dont les deux composants sont liés d'une façon extrêmement intime et durable. Une telle feuille composite peut être utilisée telle quelle pour certaines applications. Pour d'autres applications, il peut être intéressant de charger à nouveau électriquement les feuilles diélec- triques en polymère qui composent lesdites feuilles compo- sites, par exemple de l'une des façons explicitées ci- dessus ou par polarisation électrique, les charges ainsi obtenues étant ensuite avantageusement stabilisées par un traitement thermique approprié: ces feuilles diélectriques chargées et stabilisées constituent des électrets. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes, notamment: - celles o la source d'ions serait constituée autre- ment que par un filament porté à un potentiel négatif, par exemple par un canon à ions, ou par un canon à électrons, ou encore par un conducteur électrique porté à un potentiel approprié (par exemple à + 1000 volts), disposé parallèle- ment à la face à ioniser de la feuille élémentaire en polymère 2 et relié à cette face par un tampon frottant imbibé d'un liquide, tel que l'alcool, suffisamment conducteur et à évaporation rapide, - et celles o la feuille composite fabriquée selon l'invention serait non pas double, mais triple, la feuille métallique élémentaire 1 étant revêtue d'une feuille élé- mentaire 2 en polymère sur chacune de ses deux faces, ce pour quoi l'on procède à une injection d'ions dans chacune des deux feuilles élémentaires 2 accolées respectivement aux deux faces de la feuille métallique 1 maintenue à la masse, avant de chauffer le tout pratiquement jusqu'à la fusion des deux feuilles 2. REVENDICATIONS 1. Procédé pour juxtaposer une feuille mince de mé- tal (1) mécaniquement résistante et une feuille mince de polymère (2) à résistivité électrique élevée, selon lequel on commence par superposer l'une contre l'autre les deux feuilles minces, caractérisé en ce que l'on injecte ensui- te des ions électriques dans la face, de la feuille en polymère (2), la plus éloignée de la feuille métallique (1) tout en mettant cette dernière à la masse et en ce que l'on chauffe enfin la feuille en polymère (2) ainsi polari- sée électriquement jusqu'à son ramollissement. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on superpose les feuilles élémentaires (1, 2) à accoler sur un support métallique plat (10), avec la feuille en polymère (2) au-dessus, en ce que l'on déplace la source d'ions (3) au-dessus du support ainsi recouvert à la température ambiante de façon à balayer la face supé- rieure de la feuille en polymère et à y injecter des ions, et en ce que l'on chauffe le support et son revêtement jusqu'au ramollissement de la feuille en polymère. 3. Dispositif pour mettre en oeuvre le procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le support est une plaque métallique (10) associée à un manche (12) ther- miquement isolé de cette plaque. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on déroule en continu les feuilles élémentaires (1, 2) à accoler à partir de rouleaux (13,-14), en ce que l'on juxtapose ces feuilles (en 15, 16) et en ce qu'on les fait défiler successivement en regard d'une source d'ions (3) et en regard d'une source de calories (9). 5. Dispositif pour mettre en oeuvre le procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la source de ca- lories est un four (9) traversé en continu par l'ensemble des deux feuilles élémentaires juxtaposées (1, 2). 6. Feuille composite comprenant une feuille mince de métal (1) mécaniquement résistante et une feuille mince de polymère (2) à résistivité électrique élevée adhérées l'une contre l'autre de manière intime et tenace, carac- térisée en ce qu'elle a été fabriquée par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 4. 7. Feuille composite selon la revendication 6, carac- térisée en ce qu'elle comprend une feuille mince de polymère à résistivité électrique élevée adhérée de manière intime et tenace sur chacune des deux faces de la feuille mince métallique mécaniquement résistante. 8. Feuille composite selon l'une quelconque des re- vendications 6 et 7, caractérisée en ce que chaque feuille mince diélectrique en polymère comporte une charge électri- que stabilisée.