Brevet FR2684332A1 — publié le 19930604

L'invention concerne le domaine des films plastiques bi-étirés rugueux. L'invention concerne en particulier un procédé permettant d'obtenir une surface rugueuse sur un film constitué essentiellement par un polymère oléfinique, avantageusement du polypropylène. Le procédé selon l'invention est appliqué notamment, mais non exclusivement, à la réalisation de films diélectriques pour condensateurs. Les films en polypropylène sont de plus en plus utilisés dans l'industrie pour la fabrication des condensateurs. En effet, le polypropylène présente d'excellentes qualités diélectriques et sa faible densité permet la réalisation de consensateurs de faible encombrement. Une technologie classique pour réaliser des condensateurs met en oeuvre des films en polypropylène métallisés sur l'une des faces. Cette configuration confère aux condensateurs d'intéressantes propriétés d'autocicatrisation. I1 est également connu de réaliser des condensateurs par un empilement de couches conductrices séparées par un film diélectrique. Le film diélectrique, métallisé ou non, est avantageusement imprégné par une huile isolante pour permettre au condensateur de fonctionner à des tensions élevées. L'imprégnation du film se fait typiquement après que celui-ci ait été bobiné ou assemblé en feuillets, par injection sous vide d'un imprégnant liquide ou gazeux entre les spires ou les feuillets. I1 convient de conserver un espace libre suffisant entre les spires ou les feuillets pour que l'imprégnant puisse progresser à la surface des films, ce que l'on obtient en utilisant des films rugueux. La rugosité de la surface du film employé est par ailleurs un paramètre très important à contrôler, car de la bonne maîtrise de l'aspect de la surface dépendront notamment la tenue de la métallisation, ou encore la rigidité diélectrique du condensateur. On a par exemple montré qu'une légère rugosité permet d'améliorer l'adhérence des revêtements métalliques tandis que des irrégularités de surface trop prononcées entraînent un décollement de la métallisation au sommet des crêtes de rugosité. On a proposé d'obtenir une surface rugueuse en additionnant au polypropylène des agents nucléants qui génèrent dans la masse du film des zones de cristallisation différentes, encore appelées phase B. Par fusion de la phase ss du polypropylène lors de l'étirage long, on obtient un film dont la surface est constellée de cratères microscopiques au contour sensiblement elliptique. On qualifie ce type d'aspect de surface de rugosité à ellipse. Cependant, lors de l'imprégnation par une huile isolante d'un film présentant une rugosité à ellipse, le cheminement de l'imprégnant à la surface du film est entravé par la succession des crêtes et creux dûs aux cratères. Par ailleurs, le procédé connu pour réaliser ce type de rugosité est difficile à contrôler. On a également proposé une autre méthode pour obtenir un film rugueux qui consiste à coextruder sur du polypropylène homopolymère une couche d'un copolymère à haute teneur en éthylène, puis à étirer le film obtenu, successivement selon la longueur puis en travers. La surface prend un aspect plissé dû à l'enchevêtrement des microrugosités ainsi formées et l'on parle de rugosité satinée. Lors de l'imprégnation, l'huile isolante doit contourner les microrugosités dans son cheminement qui s'effectue perpendiculairement à la direction de l'étirage long, donc à l'orientation de celles-ci. Pour ces deux types de rugosité obtenus selon des procédés de l'art antérieur, on constate que la dispersion de la dimension des irrégularités de surface est importante. Cette dispersion est gênante car elle ne permet pas de maîtriser correctement l'imprégnation et par ailleurs, lorsque le film est métallisé sur la face rugueuse, cette dispersion entraîne des fluctuations de l'épaisseur de diélectrique entre deux couches métallisées et un risque de claquage dans les régions de plus faible épaisseur. I1 est également avantageux de disposer, pour des applications concernant le pelliculage d'objets ou la réalisation d'unités de filtration, de films de rugosité bien définie. Le but de l'invention est de remédier aux inconvénients des films rugueux selon l'art antérieur. L'invention atteint ce but grâce à un procédé de fabrication d'un film, à base de polymère d'oléfine, présentant au moins une face rugueuse, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les opérations consistant à coextruder sur une première couche constituée par un polymère d'oléfine une deuxième couche constituée par le mélange d'un polymère d'oléfine avec une poudre de granulométrie choisie et constituée par un matériau solide de point de fusion supérieur à ceux des autres constituants des première et deuxième couches, puis à procéder à l'étirage du film à une température choisie inférieure ou égale audit point de fusion. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, la première couche est constituée par du polypropylène homopolymère d'isotacticité comprise entre 96 et 99,6 ,á. Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, le mélange constituant la deuxième couche comporte entre 50 et 95 % en poids d'un polymère d'oléfine. Ce polymère d'oléfine est avantageusement du polypropylène homopolymère d'isotacticité comprise entre 96 et 99,6 ,O ou du polypropylène copolymère statistique. On préfèrera une granulométrie de poudre comprise entre 1 et 5 llm. La poudre comprend avantageusement au moins l'un des quatre polymères suivants : le polyméthylpentène, le polyester, le polyamide PA6, le polyamide PA6,6, ou d'autres polymères préférentiellement compatibles avec le polypropylène. La poudre comprend éventuellement une substance minérale ou organique non polymérique. L'invention concerne également un film à base de polymère d'oléfine présentant au moins une surface rugueuse, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une première couche constituée par un polymère d'oléfine et une deuxième couche rugueuse constituée par un mélange d'un polymère d'oléfine avec une poudre de granulométrie choisie, consitutée par un matériau solide de point de fusion supérieur à ceux des autres constituants des première et deuxième couches. Un tel film est avantageusement utilisé pour réaliser des films diélectriques pour condensateurs. Un tel film est également utilisé pour réaliser des membranes filtrantes. Dans ce cas, la poudre utilisée comprend avantageusement un principe actif améliorant la filtration. Un film rugueux selon l'invention est également avantageusement appliqué à la réalisation de films pour le pelliculage d'objets. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description non limitative d'un procédé et du film obtenu par le procédé selon l'invention, appliqué à la réalisation d'un film diélectrique pour condensateurs, et au vu du dessin annexé dans lequel: - la figure 1 montre en vue de dessus l'aspect de la surface d'un film classique présentant une rugosité à ellipse, - la figure 2 montre en vue de dessus l'aspect de la surface d'un film classique présentant une rugosité satinée, - la figure 3 est une coupe schématique, suivant l'épaisseur, d'un film obtenu par le procédé selon l'invention et avant l'étirage, - la figure 4 est une coupe schématique, suivant l'épaisseur, d'un film obtenu par le procédé selon l'invention après étirage, - la figure 5 est une vue de dessus d'un film obtenu par le procédé selon l'invention pour illustrer le cheminement de l'imprégnant, - la figure 6 illustre schématiquement l'espace libre laissé dans un volume élémentaire à la surface d'un film classique présentant une rugosité satinée, - la figure 7 illustre schématiquement l'espace libre laissé dans un volume élémentaire à la surface d'un film selon l'invention, - la figure 8 est une vue schématique en coupe suivant l'épaisseur d'un film rugueux à ellipses suivant l'art antérieur. - la figure 9 est une vue en coupe selon l'épaisseur d'un film rugueux à picots selon l'invention, On a représenté sur la figure 1 l'aspect d'une surface rugueuse dite à ellipse. On remarquera à l'examen de cette figure que la surface est constellée d'un grand nombre de cratères 10 dont la crête 15 définit un contour fermé sensiblement elliptique. Le parcours de l'imprégnant sur une telle surface rugueuse est une succession de crêtes et de creux qui gènent sa progression. La figure 2 illustre l'aspect d'une surface rugueuse satinée. On discerne sur cette figure un enchevêtrement de microrugosités 20, orientées dans le sens de l'étirage long, donnant à la surface un aspect plissé. La direction de cheminement de l'imprégnant est sensiblement perpendiculaire à la direction d'orientation des microrugosités 20 et ce type de rugosité est un frein à l'imprégnation lors de la fabrication des condensateurs. La figure 3 représente, avant étirage, en coupe schématique suivant l'épaisseur, un film susceptible d'être obtenu par le procédé selon l'invention. Le film référencé dans son ensemble par l'indice 100 a été avantageusement obtenu par coextrusion sur une première couche support B avantageusement constituée par du polypropylène homopolymère, d'une deuxième couche A constituée par le mélange d'un polymere d'oléfine P avec une poudre D de granulométrie choisie, constituée par un polymère ou mélange de polymères de point de fusion PF supérieur à ceux du polypropylène homopolymère et du polymère d'oléfine P, puis en procédant à l'étirage du film à une température inférieure à PF, typiquement à un taux d'étirage travers compris entre 4 et 8 et à un taux d'étirage long compris entre 3 et 7. La première couche support B est avantageusement constituée par du polypropylène homopolymère drisotacticité comprise entre 96 et 99,6 %. Selon une variante de réalisation avantageuse de la présente invention, la couche A est constituée par un mélange de 50 à 95 96 en poids d'un polypropylène homopolymère à très fort taux d'isotacticité, ledit taux étant compris avantageusement entre 96 et 99,6 %, avec une poudre D de polyméthylpentène dont la température de fusion 220"C est supérieure à celle du polypropylène homopolymère qui est de 1 70 C. Différentes granulométries de poudres peuvent être utilisées, mais on préfèrera des poudres dont la taille moyenne des grains est comprise entre 1 et 5 um. Lors de l'étirage à chaud du film 100, on veillera à rester en deçà de la température de fusion de la poudre D, de façon à ce que les grains de la poudre D ne soient pas fondus lors de l'étirage. On peut concevoir l'utilisation d'une poudre D constituée par une substance minérale mais on préfèrera une poudre D constituée par un polymère ou mélange de polymères, dont la structure chimique se rapproche de celle des autres constituants des couches A et B. Non exhaustivement, nous citerons le polyester de point de fusion égal à PF = 230"C, les polyamides PA6 (PF = 255"C) ou PA6,6 (PF = 218"C). En se référant à la figure 4 qui représente en coupe schématique suivant l'épaisseur le film 100 après étirage, on remarque que les grains de la poudre D forment des picots à la surface du film. Le nombre de pics ainsi obtenus par unité de surface PC se déduit aisément pour l'homme de l'art de la concentration en poudre dans le mélange initial A. D'autre part, la moyenne des écarts maximum creux-crête ou profondeur moyenne de rugosité servant à évaluer celle-ci, classiquement désignée par le symbole R z dans la norme DIN 4768, est obtenue ici directement par le diamètre des grains constituant en poudre. Ceci met bien en valeur une caractéristique très importante de l'invention, à savoir la possibilité que donne le procédé selon l'invention de facilement contrôler indépendamment les paramètres PC et R z La figure 8 montre un film rugueux à ellipses en coupe suivant l'épaisseur, correspondant à un facteur d'espace et un R z donnés. La figure 9 montre en coupe un film rugueux à picots obtenu par le procédé selon l'invention de même facteur d'espace et de même R z L'homme de l'art comprendra aisément que les films selon l'invention permettent de remplacer dans leurs applications les films de l'art antérieur en conservant si nécessaire leurs caractéristiques de facteur d'espace et de Rz, tout en présentant une rugosité arithmétique Ra différente et un volume offert à l'imprégnant amélioré. Le cheminement de l'imprégnant à la surface d'un film rugueux obtenu par le procédé selon l'invention est illustré sur la figure 5. On devine facilement à l'examen de cette figure que l'imprégnant progresse plus rapidement à la surface de ce film que dans le cas de la rugosité à ellipse ou de la rugosité satinée selon l'art antérieur. I1 en découle que pour une qualité d'imprégnation équivalente du condensateur, on peut réduire le facteur d'espace utilisé dans la fabrication de celui-ci. Nous rappelons que l'on désigne classiquement par facteur d'espace, le rapport 100 x (em - ep)/ep, où em désigne l'épaisseur micrométrique et où e p est l'épaisseur moyenne calculée en pesant une surface choisie du film de densité connue. Une comparaison menée dans la suite de la description entre un film à rugosité satinée et un film rugueux selon l'invention montre que ce dernier film permet de réaliser avantageusement un condensateur résistant à des champs électriques supérieurs, lorsqu'une électrode métallisée est déposée sur la face rugueuse. Pour simplifier, nous considèrerons que les parties rugueuses sont des volumes associés à une maille élémentaire. On a représenté en pointillés sur la figure 6 une maille 200 représentative de la rugosité satinée selon l'art antérieur. Une microrugosité 20 est modélisée sur cette figure à l'aide d'un volume parallélipédique, de hauteur R z, et dont la longueur L définit la longueur de la maille. La largeur de la maille I correspond à la distance entre deux microrugosités 20, augmentée de la largeur x de l'une d'elles. Sur un film typique de l'art antérieur, on mesure en moyenne x = 6 pm, = = 20 um, L = 20 pm, R z = 3 pm, et l'espace libre EL correspond au volume de la maille ainsi définie, retranché du volume de la microrugosité, ce qui donne pour le film considéré, un espace libre de 840 pm3. La figure 7 se réfère à une maille découpée à la surface d'un film rugueux selon l'invention. Pour une surface de maille égale, on comprend facilement, à l'examen comparé des figures 6 et 7, que l'on peut obtenir le même volume libre EL avec un picot de moindre hauteur Rz que la microrugosité 20. Ainsi, avec un picot dont la base est un carré de 4 pm de côté, et en considérant une surface de maille identique à celle de l'exemple précédent, il suffit que le picot ait 2,18 ,um de hauteur. Le film rugueux selon l'invention permet donc avantageusement d'abaisser la hauteur des crêtes de rugosité tout en laissant disponible un volume d'imprégnation équivalent. D'autre part, nous avons montré que l'imprégnant dont le cheminement est peu entravé par les picots en surface, se répand mieux à la surface du film. Pour une qualité d'imprégnation équivalente des films rugueux, il est par conséquent possible de se contenter d'un volume libre plus faible si l'on utilise un film rugueux à picots. Par exemple, l'art antérieur utilise typiquement un facteur d'espace de 15 ,Ó. L'utilisation d'un film rugueux selon l'invention permet d'abaisser ce facteur à 12 % et on peut ainsi réduire davantage encore la hauteur R des picots. L'obtention, par le procédé selon l'invention, de films de R z, plus faible est particulièrement avantageuse car elle permet de diminuer les variations d'épaisseur du diélectrique, donc d'améliorer la rigidité diélectrique du condensateur qui peut alors fonctionner sous une tension supérieure, lorsqu'une électrode métallisée est déposée sur la face rugueuse. Ltinvention permet également l'obtention de films pour membranes filtrantes appliquées à la filtration de gaz ou de liquides. I1 est alors avantageux que la poudre contienne un principe actif améliorant la filtration, par exemple du charbon actif. L'invention permet encore de réaliser des films pour le pelliculage d'objets particulièrement attractifs pour le consommateur grâce au bon contrôle de l'aspect de surface permis par le procédé selon l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un film à base de polymère d'oléfine, présentant au moins une face rugueuse, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations consistant à coextruder sur une première couche (B) constituée par un polymère d'oléfine, une deuxième couche (A) constituée par le mélange d'un polymère d'oléfine (P) avec une poudre (D) de granulométrie choisie, constituée par un matériau solide de point de fusion (PF) supérieur à ceux des autres constituants des première et deuxième couches (A) et (B), et à procéder ensuite à l'étirage du film à une température inférieure ou égale audit point de fusion (PF). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première couche (B) comprend du polypropylène homopolymère d'isotacticité comprise entre 96 et 99,6 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le mélange constituant la deuxième couche (A) comprend entre 50 % et 95 ,ó en poids d'un polymère d'oléfine. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le polymère dtoléfine (P) de la seconde couche (A) comprend du polypropylène homopolymère d'isotacticité comprise entre 96 % et 99,6 96. 5. Procédé selon Itune des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le polymère d'oléfine (P) de la seconde couche (A) comprend du polypropylène copolymère statistique. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la poudre (D) a une granulométrie comprise entre 1 et 5 pm. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la poudre (D) comprend au moins un polymère. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la poudre (D) comprend du polyméthylpentène. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la poudre (D) comprend du polyester. 10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la poudre (D) comprend du polyamide PA6. 11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la poudre (D) comprend du polyamide PA6,6. 12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que la poudre (D) comprend une substance minérale. 13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la poudre (D) comprend une substance organique non polymérique. 14. Film à base de polymère d'oléfine présentant au moins une face rugueuse, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une première couche (B) constituée par un polymère d'oléfine et une deuxième couche (A) rugueuse constituée par un mélange d'un polymère d'oléfine (P) avec une poudre (D) de granulométrie choisie, constituée par un matériau solide de point de fusion supérieur à ceux des autres constituants des première et deuxième couches. 15. Film selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il est appliqué à la réalisation d'un film diélectrique pour condensateurs. 16. Film selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il est utilisé pour réaliser de membranes filtrantes. 17. Film selon la revendication 16, caractérisé en ce que la poudre (D) comprend un principe actif améliorant la filtration. 18. Film selon la revendication 14, caractérisé en ce qu'il est appliqué au pelliculage d'objets.