Brevet FR2675654A1 — publié le 19921023

MATERIAU ABSORBANT LES ONDES ELECTROMAGNETIQUES UTILISABLE A HAUTE TEMPERATURE La présente invention se rapporte à un matériau absorbant les ondes électromagnétiques, à son procédé de préparation et à son utilisation. On connaît de nombreux matériaux susceptibles d'absorber les ondes électromagnétiques. De tels matériaux sont utilisés dans des domaines variés, pour la protection de dispositifs électroniques contre les rayonnements électromagnétiques. Les matériaux connus utilisés à ce titre sont à base de matières plastiques telles que celles formées de polyéthylène (PE) et/ou éthylène-propylènediéne monomère (EPDM) chargées de poudres métalliques, notamment de poudre de nickel en une proportion de l'ordre de 10 à 35% en volume. Ils présentent cependant l'inconvénient de ne pouvoir être employés de façon satisfaisante à titre d'absorbant des ondes électromagnétiques lorsque les conditions de températures régnantes sont relativement élevées. En effet, les matériaux connus ne peuvent résister à des températures de l'ordre de 150-160 C et donc ne peuvent être employés dans des conditions impliquant l'existence de températures élevées.En fait, non seulement les matériaux connus ne peuvent être utilisés au-dessus d'un certain seuil de température, mais encore leur pouvoir d'absorption des ondes électromagnétiques n'est pas totalement satisfaisant. Le problème technique que permet de résoudre la présente invention réside dans l'intérêt de disposer d'un matériau qui non seulement présente un pouvoir absorbant supérieur à celu des matériaux présentement dans le commerce, mais encore permet la conservation de ce pouvoir absorbant jusqu'à un seuil de température nettement supérieur à celui auxquels résistent les matériaux connus, c'est-à-dire qui fonctionne à des températures de service de 2500C et supportant des températures de l'ordre de 4000C pendant quelques minutes. La présente invention a pour objet un matériau absorbant les ondes électromagnétiques à base de polymère thermoplastique contenant une charge métallique palliant les inconvénients des matériaux connus, caractérisé en ce qu'il est formé d'un mélange homogène de: a) 90 à 50% d'une matrice formée d'au moins un polymère du groupe comprenant polyétheréthercêtone (PEEK), poly éthersulfone (PES) et polyétherimide (PEI); b) 10 à 50% d'une charge métallique formée d'une poudre d'au moins un métal appartenant au groupe comprenant nickel, fer, tungstène, cobalt, chrome ou manganèse, ces pourcentages étant exprimés en pourcentages volumiques par rapport au volume total dudit mélange homogène. Selon une forme d'exécution du matériau suivant l'invention, la matrice thermoplastique forme de 85 à 65% en pourcentage volumique dudit matériau et la charge en forme 15 à 35%. Selon une autre forme d'exécution du matériau suivant l'invention, la matrice est formée de poudres du ou des polymères thermoplastiques. Selon une autre forme d'exécution encore du matériau suivant l'invention, la matrice est formée du ou desdits polymères thermoplastiques mis en oeuvre à partir de poudre dont la granulométrie est comprise entre 0,25 et 250 pm. De préférence, la granulométrie de ladite poudre est d'environ 100 pm. Selon encore une autre forme d'exécution du matériau suivant l'invention, la dimension particulaire de la charge métallique est comprise entre 0,25 et 250 pm. De préférence, cette dimension particulaire est comprise entre 5 et 20 pm. Selon un mode de réalisation du matériau suivant l'invention, la matrice est au moins en partie formée de PEEK. Selon un autre mode de réalisation du matériau suivant l'invention, la charge métallique est au moins en partie formée de nickel sous forme pulvérulente. Selon un autre mode encore de réalisation du matériau suivant l'invention, ledit mélange est formé de 70 à 80% de PEEK de granulométrie comprise entre 15 et 25 pm et de 30 à 20% d'une charge métallique consistant en une poudre de nickel dont la dimension particulaire moyenne est comprise entre 3 et 8 pm. Selon une forme de réalisation du matériau suivant l'invention, la poudre thermoplastique est obtenue par cryobroyage. Naturellement, tout autre procédé permettant de conserver les caractéristiques du polymère thermoplastique peut être employé. La charge métallique peut ne pas présenter de propriétés magnétiques ou, au contraire, être paramagnétique ou diamagnétique. La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication du matériau absorbant selon l'invention comprenant les étapes de: - mélange intime, à température ambiante, de la matrice, sous forme de poudre, du ou des polymères thermoplas tiques choisis dans le groupe comprenant PEEK, PES et PEI, avec une poudre d'un ou plusieurs métaux du groupe comprenant Ni, Fe, Co, Cr, Mn; - séchage du mélange par chauffage jusqu une tempéra ture comprise entre 110 et 1800C, pendant 1 à 3 heures; - traitement sous une pression de 0,5 à 5 MPa pendant 1 à 10 minutes à une température supérieure à 1800C; - refroidissement sous la pression précitée. Le chauffage précité a pour objet d'éliminer toute trace d'humidité présente. Le traitement sous pression précité peut consister en un moulage sous compression, une extrusion, une injection ou une compression-transfert ou encore tout autre procédé permettant d'obtenir le matériau sous la forme adaptée à l'application. Suivant un autre mode encore de réalisation du procédé de l'invention, la matrice formée d'une poudre d'un ou plusieurs des polymères thermoplastiques choisis dans le groupe comprenant PEEK, PES et PEI, est greffée sur la charge formée de poudre d'un ou plusieurs métaux du groupe comprenant Ni, Fe, Mn, W, afin d'améliorer les caractéristiques de l'interface charge/matrice. Ce greffage est effectue selon des procédés classiques, utilisant par exemple un agent de greffage tel que l'acide acrylique. L'invention a également pour objet l'application du matériau précité au blindage électromagnétique d'articles soumis aux effets d'ondes électromagnétiques, notamment au blindage électromagnétiques d'articles susceptibles d'être soumis à des températures relativement élevées, pouvant atteindre 250 C. D'autres buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante et des exemples donnés à titre illustratif et nullement limitatifs. EXEMPLE 1 On mélange 75% de PEEK cryobroyé jusqu'à environ 20 pm à 25% de Ni à 5 pm. Le mélange est séché à 1500C environ pendant 3 heures jusqu'à siccité, puis le mélange est placé dans un moule, puis chauffé à environ 3800C pendant 5 minutes avant d'être comprime sous une pression de 1,4 MPa pendant 5 minutes à la même température, après quoi, on interrompt le chauffage et on laisse le matériau refroidir selon une cinétique inertielle avant de procéder à son démoulage. Le matériau obtenu est alors soumis aux trois tests de mesure différents suivants, effectués à 1600C: A) le matériau est directement déposé sur une feuille métallique, B) le matériau est déposé sur une feuille de polyéthylène de 5 mm d'épaisseur, elle-même posée sur un support métallique, C) le matériau est déposé sur une feuille de polyéthylène de 1 mm d'épaisseur, elle-même posée sur un support métallique. Les tests de détermination de l'absorbance (dB) en fonction de la longueur d'onde conduisent aux résultats suivants. TABLEAU 1 Longueur Cas A Cas B Cas C d'onde (GHz) (dB) (dB) (dB) 1,9860 -0,205 -0,412 -0,358 3,9920 -0,281 -0,606 -0,740 8,0380 -1,280 -2,717 -3,517 12,0160 -3,087 -6,644 -7,607 13,9980 -3,572 -6,233 -6,597 On constate que dans les trois cas, même à cette tem pérature, les absorbances restent sur de larges plages supérieures à -3 dB (50% de réflexion en amplitude). On observe par ailleurs que ce domaine d'absorbance est à peu près independant de l'épaisseur de la cavité sous-jacente, ce qui prouve que l'origine de l'absorbance n'est pas exclusivement liée à la résonance dans la cavité. EXEMPLE 2 On opère selon la méthode décrite dans l'exemple 1, si ce n'est que la matrice, au lieu d'être formée de PEEK, est formée d'un mélange 80/20 PE/EPDM. A la température de 1600C, le matériau obtenu selon l'exemple 2 s'est dégradé sous l'action de la chaleur et aucune mesure d'absorbance ne peut être réalisée. EXEMPLES 3 A 7 On opère selon la méthode de l'exemple 1 en utilisant cependant les matrices et charges ainsi que les granulométries consignées dans le tableau 2 suivant: TABLEAU 2 Matrice Charges Ex. Granulo- Granulo Polymêre(s) % métrie Poudre de % métrie 3 loo PEEK 55% 20 pin Ni 45% 5 pm 4 50 PEEK + 50 PES 60% 20 pia Ni + Fe 40% 5 Um 5 30 PES + 70 PEI 75% 20 pin Fe 25% 5 pin 6 100 PEEK 85% 20 pin Ni 15s 5 pin 7 85 PES + PEI 80% 20 pin Ni + Fe 20% 5 pm Les résultats quant aux propriétés d'absorption des matériaux obtenus à une température de 1650C montrent qu'à cette température, sont obtenues de larges plages de propriétés d'absorbance de l'ordre de celles obtenues à 1600C pour le matériau de l'exemple 1. On procède aux tests de mesure des propriétés d'absorption du matériau obtenu selon les exemples 3 et 4 pour les mêmes longueurs d'onde que celles qui sont indiquées dans le tableau 1 ci-dessus et dans les mêmes conditions. On obtient les résultats consignes dans le tableau 3 ci-dessous: TABLEAU 3 Longueur Cas A (dB) Cas B (dB) Cas C (dB) d'onde GHz Ex. 3 Ex. 4 Ex. 3 Ex. 4 Ex. 3 Ex. 4 1,9860 -0,233 -0,325 -0,225 -0,402 -0,333 -0,406 3,9920 -0,205 -0,301 -0,201 -0,302 -0,405 -0,460 8,0380 -1,021 -1,302 -1,206 -1,650 -2,010 -2,100 12,0160 -3,520 -3,519 -3,610 -3,740 -4,200 -4,210 13,9980 -3,500 -3,430 -3,500 -3,110 -3,320 -3,430 En fait, dans ce cas également, on constate que les absorbances restent sur de larges bandes supérieures à -3 dB (50% de réflexion en amplitude). EXEMPLES 8 - 9 Les matériaux des exemples 1 et 2 sont soumis à des tests comparatifs à des températures croissantes dans les conditions identiques à celles du cas B ci-dessus. On obtient, pour les matériaux de l'exemple 1 et de l'exemple comparatif 2, les résultats consignés dans le tableau 4. TABLEAU 4 ABSORBANCE T0 Matériau ex. 1 (dB) Matériau ex. 2 (dB) 750C -4,33 -5,10 1000C -4,21 -1,30 1500C -3,10 matériau dégrade 1600C -3,05 matériau dégradé 1900C -2,91 matériau détruit 2400C -1,70 matériau détruit On constate que, pour les matériaux selon l'état de la technique, l'absorbance décroît très rapidement avec la température puisque, dans des conditions d'utilisation à 100 C, l'absorbance est inférieure à celle que présente le matériau selon l'invention à 240 C, et qu'à une température de l'ordre de 150 C, le matériau selon l'état de la technique est déjà dégradé par l'action de la chaleur et en permet plus la mise en oeuvre de mesures. REVENDICATIONS 1.- Matériau absorbant les ondes électromagnétiques à base de polymère thermoplastique contenant une charge métallique, caractérisé en ce qu'il est forme d'un mélange homogène de: a) 90 à 50% d'une matrice formée d'au moins un polymère du groupe comprenant polyétheréthercétone (PEEK), poly ethersulfone (PES) et polyetherimide (PEI); b) 10 à 50% d'une charge métallique formée d'une poudre d'au moins un métal appartenant au groupe comprenant Ni, Fe, Co, Cr, Mn, W, ces pourcentages étant exprimés en pourcentages volumiques par rapport au volume total dudit mélange homogène. 2.- Matériau absorbant selon la revendication 1, carac térisé en ce que la matrice thermoplastique forme de 85 à 65% en pourcentage volumique dudit matériau et la charge en forme 15 à 35%. 3.- Matériau absorbant selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la matrice est formée de poudres du ou des polymères thermoplastiques. 4.- Matériau absorbant selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la matrice est formée du ou desdits polymères thermoplastiques sous forme de poudre dont la granulométrie est comprise entre 0,25 et 250 pm. 5.- Matériau absorbant selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la dimension particulaire de la charge métallique est comprise entre 0,25 et 250 Fun. 6.- Matériau absorbant selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la matrice est au moins en partie formée de PEEK. 7.- Matériau absorbant selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la charge métallique est au moins en partie formée de nickel sous forme pulvérulente. 8.- Matériau absorbant selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ledit mélange est forme de 70 à 80% de PEEK de granulométrie comprise entre 15 et 25 pm et de 30 à 20% d'une charge métallique consistant en une poudre de nickel dont la dimension particulaire moyenne est comprise entre 3 et 8 pm. 9.- Procédé de fabrication du matériau absorbant selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes de: - mélange intime, à température ambiante, de la matrice, sous forme de poudre, du ou des polymères thermoplas tiques choisis dans le groupe comprenant PEEK, PES et PEI, avec une poudre d'un ou plusieurs métaux du groupe comprenant Ni, Fe, Co, Cr, Mn, W; - séchage du mélange par chauffage jusqu'à une tempera ture comprise entre 110 et 1800C, pendant 1 à 3 heures; - compression sous une pression de 0,5 à 5 MPa pendant 1 à 10 minutes à une température supérieure à 180 C; - refroidissement sous la pression précitée. 10.- Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la matrice formée d'une poudre d'un ou plusieurs des polymères thermoplastiques choisis dans le groupe comprenant PEEK, PES et PEI, est greffée sur la charge formée de poudre d'un ou plusieurs métaux du groupe comprenant Ni, Fe, Mn, W. 11.- Application du matériau selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, au blindage électromagnétique d'articles soumis aux effets d'ondes électromagnétiques, notamment au blindage électromagnétiques d'articles susceptibles d'être soumis à des températures relativement élevées, pouvant atteindre 250 C.