Brevet FR2636197A1 — publié le 19900309

La présente invention se rapporte à un procédé pour la production d'une membrane acoustique en carbone faite en matières carbonées. Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un procédé de production d'une membrane acoustique en carbone en matières carbonées ayant un poid léger, une haute élasticité, une vitesse rapide de transmission du son et une excellente rigidité en comparaison avec un matériau conventionnel pour membrane, que l'on utilise comme haut-parleur et microphone, une moindre déformation due à une force externe, une faible distorsion du son, une large plage de reproduction du son, une qualité distincte du son, et permettant la technique audionumérique. Il est généralement souhaitable qu'une membrane pour un haut-parleur et un corps de bobine mobile de haut-parleur satisfassent aux conditions suivantes: (1) faible densité, (2) grand module de Young, (3) grande vitesse de propagation des ondes longitudinales, (4) perte interne suffisamment importante des vibration, et (5) stable vis-à-vis des variations des conditions atmosphériques, sans déformation ni changement de propriétés. Plus particulièrement, le matériau pour la membrane doit avoir une large plage de reproduction du son pour une reproduction à haute fidélité sur une large plage de fréquences. Pour produire de manière efficace et distincte la qualité du son, le matériau doit avoir une haute rigidité, ne pas présenter de distorsion telle qu'un glissement vis-à-vis d'un effort externe et avoir une grande vitesse de propagation du son. Afin de mieux augmenter la vitesse du son à partir de l'équation de V = (E/P), ap aSTuTT aun %uo saueaqwuiu sal inod xnTagJ4m sao SE untesTTT;n,saeaea,, sap no sanaTaud-s4naq sBa -sanbTsXqd s9qTjdojd saeualIaoxa,p a$Jo a.oq al no wnTIIXaiq a'I *senbT4sTja;oeum sel azoTçag$gp Tnb ao 'xnvTa9%uw sal stuep;Tnpoid as %uamassTI3 un,nb aela4 uawassTiTaTA ns anT; a eun uaTq no saouanbgaj; sa4nsq ap apueq vT suep 0E aoueuosgi ap 2ue:-aodwT auQwouggd un Duaeuas9ed xnueTl.agu sal 'suoTeaq!A sap aujaZUT aqaad aelqTj aun 4ac d/ ap sanaIuA sealqTe ap.uo xnuTag4m sao amwwoo suw anbl4suld al no xaTdud al inod anb sapTdvi snTd 4uos neTa9u% np uos np sessaTA seI 'auet; 'uinTsguuw 'WluTUtuwnlT,P Ileu] SZ ua sanbuld sap xneTagzew sal inod aîoldwa uo,l anbsiol slnaTITv xed sanbTsTjq4oaexeo sal 4uawasnaZfuelA-sgP TsuTe UrenuTwip '.uawmass3TIeT9A ne en2T$j eT ap 9a 9TTInb eT ap uo $ejoTIag$gp aun 4u-enboAold '94pTwnqT a49 ajn4agjdwa4 T awwoo sauajexa s:uawauuoajTAua 0o sael ed sq4oa$jj aJll ZuaAnad xn.eaz%4w sao 'snld a@ Àuos np %ouT4STp 9D,11nb aunp uoT4onpojd @p 94Tnojçp -aun;insga inod oaAe 'salq.ej;uewaeaI@lnop.a.d 2.uos xneTJa9vew sap saouanbgaJ sasnuq sap apueq ml suep aouanbga; ap sanbTsT.9%ojeo sal;a anbTjTogds si apow un suep Zlnpoad as suo.ZuaqTA sap UOTSTAlp aun sea4uaj;uos xnvtajuw s@o ap uos np Sass4TAA sal 'TsuTy ';Tsuap aIqTu; aun 9e Zunox ap alnpow aîq;tj un %uo sa$Tsodwoo xnmTazgu sinTa 1a anbT4svîd ai 'aatddd ai '%tuepuadaD 'mZgw ap ain.oq no TeZgw ap ainqaeo 01 T49wm ap inaJTu 'ITe4tw ap avtTIm 'aaoq no wnTTIXagq unTsgUew 'atue;T4$ 'wnTuTurmIep IeT9w ua aa4Tea4 sal hnad uo uaTq no 'asuq ap nvTja9ew oaAu aTsodwoo aueI9Iw ua auoqaeo ap aqj UT apP 'aa.&eA ap a.qTj el @p aTuauoO 4ueAnad s9T snTd ap a anbT;seld np '(a4ed) S aTded np asTIT4n uo 'xnTja9euw sal Inod À unoA ap aenpom aoj un 4a q:$;suap a4T;ad aun;uee nfelaqew4 un 4uaj4qo uo 9,;Tsuap: J 'unox ap sainpow: 'uos np assa%$A: A no L 6 L 9 ú9Z reproduction étendue Jusqu'au bandes des fréquences audibles au plus, ce qui permet une production correcte de la qualité du son naturel sans phénomène transitoire par les signaux dans la bande audible. Cependant, ces matériaux manquent et sont très coûteux et présentent des difficultés d'usinage industriel. Ces procédés sont difficiles pour produire des hauts-parleurs de grande taille. En plus de ces matériaux, il y a une tentative pour obtenir des membranes faites d'une matière carbonée, étant donné la grande valeur de E/p des matériaux de carbone. En effet, il y a: (1) une méthode de carbonisation uniquement en graphite, d'une feuille ou un film de résine, (2) une méthode de mise en forme et de carbonisation en graphite d'une matière composite de résine et d'une poudre carbonée, et (3) une méthode de carbonisation en graphite d'un plastique renforcé de fibres de carbone. Comme la méthode (1) a un faible rendement de carbone de la matière plastique utilisée, on peut difficilement obtenir un produit précis et on ne peut obtenir un produit ayant un module élevé de Young comme le graphite ou la fibre de carbone, étant donné que le carbone est fait à partir du plastique. La méthode (2) permet d'obtenir une production ayant un module élevé de Young en comparaison avec la méthode (1) en utilisant du graphite ou de la fibre de carbone, mais comme on utilise une autre résine afin d'améliorer l'aptitude au moulage, le rapport du carbone dans la résine à la matière calcinée est important, ce qui diminue le module de Young de la fibre de carbone ou du graphite. Comme seule la portion plastique est cuite et contractée dans la méthode (3), lorsque le plastique renforcé de la fibre de carbone est calcinée, de nombreuses fissures fines se produisent parmi les fibres de carbone, donc on ne peut obtenir un produit o la fibre de carbone et le carbone de la résine sont intégrés sans défaut. Par conséquent, cela présente un inconvénient que la fonction de la fibre de carbone est perdue. En conséquence, la présente invention a pour objet un procédé de production d'une membrane acoustique en carbone en matières carbonées, permettant d'éliminer les inconvénients ci-dessus décrits des membranes conventionnelles, et qui est faite en un matériau de carbone ayant une valeur importante de E/p, la matière de carbone étant principalement faite d'une fibre de carbone ayant une haute élasticité et le résidu étant fait d'une matière de carbone ayant une haute élasticité, à une haute précision, sans fissure, de manière peu conteuse. Par suite des études concernant les inconvénients ci-dessus décrits afin d'atteindre l'objectif ci-dessus, l'invention est basée sur un procédé de production d'une membrane acoustique en carbone en matières carbonées qui comprend les étapes d'imprégnation d'une étoffe non tissée ou une étoffe tissée en fibres de carbone ayant une haute élasticité, d'une résine thermodurcissable pour ensuite la mouler thermiquement en une forme de membrane, sa calcination dans une atmosphère de gaz inerte pour obtenir un moulage en carbone poreux fait de la fibre de carbone-carbone de la résine, le chauffage du moulage en tant que matériau de base à une température égale, et le dépôt en phase vapeur de carbone thermiquement décomposé produit par la décomposition thermique d'un hydrocarbure introduit en ÀuoTssaid snos uaweussToanp Jud ToMnp n-e 3aiUu ai suep aep aoudse1p s9%IT;uenb sap uoTôqInga avd agmaoj;uawaa$BJ;çaqoe %sa asnaaod aqonoo aun uaTq no anaoos;sa auTsga OC mi suep aaqTj ua inaua% -l 'wuamow ao y alnom un suep agInom;a aoanpou.aaq; sa aaQ;TUm Il $a IouTDJosa ap sauTsgi sap no auenTo. ap sauTsga sap &auQl x ap sau$sga sap 'saeueinj sauTsga sap 'siougqd sauTsga sap amwoo aIqessToinpouwaq; auTsgi aunp saguZadwT 'saejne %a GZ auoqjeo ap saqaeq sap 'aIa$tuoTSaoXTod ap aanoo aaqTj aun 'Teaq ap a:znoo aaqFj aun awwoo saznoo saaqçj ap aj$oq, aun no 'alîa4TuoTXioeB&od ua sBTq ap a$jjo, aun no aidiTds ua ainmwa ajjo;q aun 'aTuo4 aenwu aj;jo, aun awwoo 'aqss% ajjo; a aun 'aI$4uoTXiosXIod no luiq adX Qz np aa;naj un amwwoo 'agssT; uou ajjo4 aun aasTITn;nad uo 494oTD; srI9 aqnmq ap auoqauo ap saaqtj eawUOo UOT4uaLAuT a;uasajd Be uoTas auoqivo ua anbT;snoo aueLJqwaw aun,p uoTZonpoid ap gpgooid un;umueauaem iwavaop uo Sl -aawao$gP * aUllO;ip Bs ainp %sa %a asuap aqonoD aun,p 4aoddns un,p 4ej 4inpoid al anb aagZgi snld;sa auejaqwaw m 'asnaaod uoT; iod aun B:a uos np assaOA a;neq aun a a 94to4suI9 a;nmq aun auassgad 'aZrnow np:uawow ns sasToaJd aewo; aun ot 4a aeTTs aun aAaasuoo UOTauAUT a4uasgad mî ap 9pgooad al aid anuaDqo auoqauo ua aueaqwam uT awwoD gsodwooap Duawanbmwiaq% auoqJso al $a auTsga ml ap auoqauo al aud uosTutI oaAe a;zaeanbs aumoo auoqauo ap saaq$j ap xneaod nvea4uw S un,p zTe; 4uie9 inaTja4uT,T '9sodwooap %uawanbtwiaq4 auoqieo-auIsai mT ap auoqauo- auoqivo ap aaqTj u ap asuap aqonoo aun,p aeuaoj;tos aoujans mT anb aaptuew ap - eanonis @un,p aoB;ans e 1 anao;:od zv? un,nb sdwa4 eaww Z6 1 9ú9Z Alors, le matériau est moulé à une taille et une forme nécessaires, et post-durci et calciné à 500 C ou plus dans une atmosphère d'un gaz inerte pour obtenir un matériau de base fait de fibres de carbone-carbone de la résine thermodurcissable. A ce moment, le carbone de la résine est finement fissuré lors de la carbonisation et de la contraction de la résine thermodurcissable. La quantité de la résine thermodurcissable contenue dépend de la forme du moulage, de la présence ou de l'absence de pression, de l'état de la fibre utilisée de carbone et de la valeur d'élasticité, mais est établie au minimum requis afin d'empêcher la déformation au moment de la calcination sans enfouir complètement les espaces parmi les fibres de carbone. Le matériau de base obtenu est d'abord chauffé par un système de chauffage à induction utilisant un four à induction à haute fréquence ou un système de chauffage utilisant un four tubulaire latéral, l'hydrocarbure du matériau est introduit en même temps que le gaz porteur, comme de l'argon, etc., en contact avec le matériau chauffé de base pour la décomposition thermique de l'hydrocarbure et le carbone est produit et déposé. Comme hydrocarbure du matériau, on peut utiliser le méthane, le propane, le benzène, l'acétylène, etc. Lorsque l'on utilise du chlorure d'éthylène, comme le 1, 1-dichloroéthylène, le cis-1,2-dichloroéthylène, le trans-1,2- dichloroéthylène, le 1,1,2-trichloroéthylène, et du chlorure d'éthane comme le 1,1-dichloroéthane, le 1,2-dichloroéthane, 1,1,1-trichloroéthane, le 1,1,2-trichloroéthane, etc, pour une décomposition thermique à basse température, on obtient du carbone thermiquement décomposé à 11000C et mieux à 900 C, ce qui améliore la productivité. Il est nécessaire dans ce cas de maintenir toutes les surfaces à température égale sans gradient de température. A partir de cela, le carbone thermiquement décomposé obtenu par décomposition thermique de la matière introduite en même temps que le gaz porteur peut être uniformément deposé sur la couche de surface. Lorsque le matériau de base est maintenu à une température égale, le carbone thermiquement décomposé se dépose préférentiellement de la surface de matériau de base. Ainsi, avant que la couche poreuse ne soit enfouie, l'espace parmi la fibre de carbone-carbone de la résine-fibre de carbone de la surface est complètement couvert. Par suite, les fissures fines produites au moment de la calcination sont complètement enfouies et une couche poreuse d'une forme de maille tridimensionnelle est obtenue par dépôt du carbone thermiquement décomposé afin de renforcer la structure pour que la surface soit formée d'une couche dense imperméable au gaz faite de la fibre de carbone, du carbone de la résine et du carbone thermiquement décomposé et que l'intérieur soit formé de la fibre de carbone comme squelette et du carbone de la résine pour leur liaison. Là, la concentration en hydrocarbure dans le gaz porteur dépend de la température du matériau de base, de la pression du gaz et de la vitesse, et on préfère dans la pratique 20 % en volume. Puis la température du matériau de base est élevée plus la concentration peut être faible. La concentration est améliorée si la pression du gaz dans un récipient pour produire le carbone thermiquement décomposé est plus basse. Ainsi, plus la vitesse d'écoulement du gaz est élevée, plus la concentration peut être élevée. Afin d'accélérer la vitesse de dép8t, la concentration de la matière est accrue. Afin d'améliorer le rendement en carbone, il est efficace de réduire le débit du gaz. Le carbone thermiquement décomposé peut être obtenu à la vitesse de dépSt de plusieurs mm/h au maximum par ces réglementations. La fibre de carbone ayant une haute élasticité indique la fibre de carbone de haute élasticité vendue sur le marché et la valeur générale d'élasticité est de 2,7 à 7,0 x 107 g/mm2 et l'élasticité d'un carbone de la résine ordinaire est de 2,0 à 3,3 106 g/mm2, l'élasticité du carbone thermiquement décomposé étant plus faible que 3,0 à 6,0 x 6 2 g/mm2. Par conséquent, il est préférable de lier les fibres de carbone en utilisant le carbone thermiquement décomposé, autant que possible pour ainsi améliorer l'élasticité autant que possible. la présente invention sera décrite par des exemples de procédé de production d'une membrane acoustique en carbone sans être limité à ces exemples particuliers. Exemple 1 Une étoffe armure toile d'une fibre de carbone ayant 4,0 x 107 g/mm2 d'élasticité a été immergée dans un récipient rempli de 100 parties en poids d'un condensat initial de résine furfural/alcool furfurylique (VF302 produite par Hitachi Chemical Co., Ltd., Japon), et 0,8 partie en poids d'un durcissant (durcissant A3), on a alors fait passer l'étoffe entre deux rouleaux dont l'écart a été régulé et de l'air comprimé a été soufflé pour éliminer l'excès de résine. Alors, l'étoffe a été interposée entre un moule évidé et un moule dépassant en forme de membrane, maintenue dans les moules à 80 C pendant 5 minutes, pour durcissement et moulage de la résine en une forme de membrane. Le moulage obtenu contenait 80 parties en poids de fibre de carbone et 20 parties en poids de résine. Le moulage a été post-durci à 150 C pendant 30 minutes, dans un four à air, et calciné à une vitesse d'augmentation de la température de 200 C/h Jusqu'à 10000C dans un four de calcination d'une atmosphère d'azote gazeux pour obtenir un matériau de base de la forme d'une membrane. Le matériau obtenu de base ne présentait pas de changement de taille ni de forme et le rapport de carbonisation était de 80 parties en poids de la fibre de carbone et de 7 parties en poids du carbone de la résine. Alors, le matériau de base a été chauffé par un système de chauffage à induction utilisant un four à induction à haute fréquence pour le dépôt du carbone thermiquement décomposé. A ce moment, on a utilisé, pour la matière, le cis-1,2-dichloroéthylène, pour le gaz porteur, du gaz argon, une concentration de la matière de 13 % en volume, un débit de gaz de 400ml/mn, une température du matériau de base de 900 C et le carbone thermiquement décomposé a été déposé pendant une demi heure pour obtenir une membrane en carbone. Le rapport du carbone de la membrane obtenue était de 80 parties en poids de fibre de carbone, 7 parties en poids de carbone de la résine et 12 parties en poids de carbone thermiquement décomposé. Lorsque la section de la couche dense de la membrane a été observée par un microscope polarisant, on a observé une couche de carbone thermiquement décomposé d'environ 0,1 mm sur la fibre de carbone. la même pièce plate de test d'une épaisseur identique, a été produite dans les mêmes conditions que cette membrane et diverses valeurs ont été mesurées. La densité était de 1,34 g/cm3, l'élasticité de 200 GPa et la vitesse du son de 12800 m/s. Exemple 2 - Un matériau de base a été obtenu dans les mêmes conditions qu'à l'exemple 1, ce matériau de base a été chauffé par un système de chauffage externe en utilisant un four tubulaire latéral, et un carbone thermiquement décomposé a été déposé. A ce moment, on a utilisé, pour la matière, du propane, pour le gaz porteur, du gaz argon, une concentration de matière de 15 % en volume, un débit du gaz de 430 ml/mn, une température du matériau de base de 13000C et le carbone thermiquement décomposé a été déposé pendent i heure pour obtenir une membrane en carbone. Le rapport du carbone de la membrane obtenue était de 80 parties en poids de la fibre de carbone, 7 parties en poids du carbone de la résine et 18 parties en poids du carbone thermiquement décomposé. Lorsque la section de la couche dense de la membrane a été observée par un microscope polarisant, on a pu observer une couche de carbone thermiquement décomposé d'environ 0,25 mm sur la fibre de carbone. La même pièce plate de test d'une épaisseur identique a été produite dans les mêmes conditions que cette membrane et diverses valeurs ont été mesurées. La densité était de 1,49 g/cm3, l'élasticité de GPa et la vitesse du son de 11600 m/s. R E V E N D I C A T I 0 NS 1. Procédé de production d'une membrane acoustique en carbone en matières carbonées, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: imprégner une étoffe non tissée ou une étoffe tissée d'une fibre de carbone ayant une haute élasticité par une résine thermodurcissable pour ainsi thermiquement la mouler en forme de membrane, la calciner dans une atmosphère de gaz inerte pour obtenir un moulage en carbone poreux fait de la fibre de carbone-carbone de la résine, chauffer le moulage en tant que matériau de base à température égale, et déposer le carbone thermiquement décomposé en phase vapeur, produit par la décomposition thermique d'un hydrocarbure introduit en même temps que le gaz porteur à la surface dans une structure telle que la surface soit faite d'une couche dense de fibre de carbone-carbone de la résine-carbone thermiquement décomposé et que l'intérieur soit fait d'une matière poreuse, telle que la fibre de carbone, en tant que squelette, avec liaison par le carbone de la résine et le carbone thermiquement décomposé. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fibre de carbone est une fibre organique d'un polymère, comme un polyacrylonitrile, une fibre de carbone obtenue à partir d'une fibre d'un faible poids moléculaire, comme du brai et sa fibre graphitée, ou bien les poils obtenus par une méthode de croissance en phase vapeur. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résine thermodurcissable est choisie dans un monomère et/ou un condensat initial comme une résine furane, telle que résine d'alcool furfurylique, résine d'un condensat furfural/alcool furfurylique et résine phénol, ou bien résine de xylène, résine de toluène, résine de résorcinol ou résol ou novolaque. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'hydrocarbure permet l'obtention de carbone thermiquement décomposé par carbonisation en phase vapeur. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'hydrocarbure est choisi dans le groupe consistant en méthane, propane, benzene et acétylène. 6. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'hydrocarbure est choisi dans le groupe consistant en chlorure d'éthylène, tel que 1,1-dichloroéthylène, cis-1,2-dichloroéthylène, trans1,2-dichloroéthylène, 1,1,2-trichloroéthylène, et chlorure d'éthane comme 1,1-dichloroéthane, 1,2-dichloroéthane, 1,1,1-trichloroéthane, 1,1,2trichloroéthane, etc. 7. Procédé selon la revendication 1, o ledit gaz porteur est un gaz inerte tel que l'hydrogène gazeux, l'azote gazeux ou l'argon gazeux. 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la calcination est exécutée à 500 C ou plus. 9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche dense existe sur une surface, et est une couche imperméable aux gaz obtenue en introduisant le carbone thermiquement décomposé dans des espaces parmi les fibres de carbone qui sont liées par le carbone de la résine. 10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche poreuse est obtenue en déposant le carbone thermiquement décomposé sur une 2636 197 partie ayant une forme de maille tridimensionnelle du squelette de la fibre de carbone connecté par le carbone de la résine dans le matériau de base.