Brevet FR2695187A1 — publié le 19940304

Matériaux d'isolation thermique conducteurs de ltélectricité. Cette invention concerne des matériaux d'isolation thermique pour couvrir un équipement et le protéger à ltégard des températures extrêmes. De façon plus particulière, l'invention concerne, parmi ces matériaux, ceux qui peuvent en outre être mis en forme et sont de poids léger. De nombreux types d'équipements et d'instruments utilisés, par exemple, dans des environnements industriels et dans des environnements de systèmes de communication, sont affectés défavorablement par les températures extrêmes et par des variations brusques de température qui peuvent se rencontrer fréquemment dans ces environnements. Pour garantir un fonctionnement correct, ces dispositifs doivent être tenus à température uniforme à l'intérieur de limites de température spécifiées. Il existe différentes méthodes connues pour exercer une telle action sur la température, par exemple en utilisant un équipement auxiliaire pour agir sur les températures à l'inté- rieur des enceintes des équipements et des instruments ou à l'intérieur des structures logeant les dispositifs. Toutefois, ces méthodes souffrent des inconvénients d'un excès d'encombrement, de poids et de consommation d'énergie, et sont indésirables pour les applications où l'espace, la possibilité de porter une charge et l'énergie disponible sont limités. Une méthode variante pour agir sur le transfert thermique en direction, et en provenance, des surfaces et des enceintes est l'emploi de recouvrements ou couvertures ou écrans à effet thermique très efficace. Ils présentent les avantages d'un encombrement relativement faible, d'un poids léger et d'une absence de consommation d'énergie. Normalement ces matériaux sont appliqués très étroitement sur les surfaces et les structures sur les températures desquelles il faut agir. On peut se rendre compte de ce que ces constructions doivent être suffisamment solides, résistantes aux chocs et flexibles pour résister à l'assemblage et à l'emploi sans détérioration appréciable de leur intégrité et de leurs performances. Elles doivent également être extrêmement déformables et se mettre facilement en forme pour se fixer très étroitement et sans dommage à des surfaces et des structures de forme irreguliere. En outre, il est souvent très important que cette construction soit de poids ultra-léger. La construction doit également être capable de réduire l'ensemble des trois modes de transfert thermique, à savoir, conduction, convexion et rayonnement, pour réduire au minimum le transfert thermique en direction, et en provenance, des structures qu'elle couvre. En outre, il est souhaitable que la construction soit électriquement conductrice dans les trois dimensions pour qu'elle puisse être utilisée comme chemin pour conduire à une terre commune les charges électrostatiques. Des matériaux d'isolation thermique ou à effet thermique couramment utilisés sont des films plastiques de polyimide et de polyoléfine Kapton(R) avec surface métallisée, utilisés pour donner des constructions multicouches. Entre les couches de films plastiques est typiquement placé un matériau écarteur poreux ouvert tel qu'un tissu léger tissé ou non tissé pour empêcher le contact des couches du film. On place alors la construction multicouche aussi près que possible de la surface ou des structures et on l'y attache. De telles constructions, bien que légères et solides, présentent des inconvénients tels qu'une faible aptitude à donner un drapé, à se conformer, et une faible résistance au déchirement, et elles sont difficiles à employer en dehors de surfaces régulières lisses. Des matériaux de ce type sont décrits dans le document Kurz USP 4 230 057. Plus récemment, dans la demande européenne publiée 0477015, on a suggéré une construction stratifiée de films métallisés de polytétrafluoroéthylène expansé microporeux pour emploi comme matériaux à effet thermique, mais ils ne sont pas satisfaisants comme conducteurs de ltélectricité. La présente invention propose une enveloppe à effet thermique qui est une construction stratifiée comportant au moins deux couches, chaque couche étant faite de polytétrafluoroéthylène microporeux expansé, chacune présentant, sur l'une de ses surfaces, un fin film conducteur, de préférence métallique, les couches de la construction étant disposées de façon que la surface conductrice d'une couche soit adjacente à la surface non traitée de la couche adjacente, et enveloppe dans le cas de laquelle chaque couche contient un certain nombre de perforations définissant des doigts qui sont pliés sensiblement à 1800 par rapport au plan de la couche de façon que le film conducteur qui se trouve sur le doigt d'une couche soit en contact avec le film conducteur qui couvre la couche adjacente.La construction stratifiée peut comporter deux ou plus couches et les couches peuvent être jointes ensemble à intervalles sur une certaine étendue de la construction pour donner une intégrité de structure. Habituellement la couche inférieure ne présentera pas de doigts ou bien ces doigts ne seront pas repliés. La figure 1 est une section transversale éclatée d'une construction multicouche de matériau à effet thermique, les couches étant jointes par des points de jonction et avant que les doigts soient repliés. Les figures 2a, b et c représentent différentes configurations de découpe de doigt, vu par-dessus. Les figures 3 et 4 sont des vues en coupe transversale d'un doigt en cours de repliement. La figure 3 le représente replié à 900 et la figure 4 le représente replié à 1800. La figure 5 est une coupe transversale d'un matériau de l'invention qui montre comment le métal qui se trouve sur le doigt d'une couche vient buter contre la surface métallique d'une couche adjacente. La figure 6 est une coupe transversale d'un matériau de l'invention qui montre un moyen de lier des couches adjacentes. Dans la présente invention, le transfert thermique par conduction est réduit premièrement par la faible conductivité thermique propre du polytétrafluoroéthylène poreux expansé et secondement par la structure de la couche substrat de polytétrafluoroéthylène poreux qui présente, d'une face à l'autre, un chemin tortueux des pores beaucoup plus long que ltépaisseur de la couche. De même le transfert thermique par convection est faible du fait des pores étroits, de leur chemin tortueux et du volume de pores élevé de la structure de la couche de polytétrafluoroéthylène (PTFE) poreux. La structure de PTFE, qui peut avoir un volume de pores d'environ 70% ou davantage, de préférence 80% ou davantage, et de plus grande préférence 90% ou davantage, sert de déflecteurs pour les courants d'air et s'oppose à l'influence des mouvements d'air extérieurs, créant ainsi efficacement un espace d'air mort qui constitue un bon isolant. Dans des applications sous vide ou sous faible pression, il y a peu ou pas du tout d'air dans les pores de sorte que le transfert thermique par convexion est virtuellement nul. Le transfert thermique par rayonnement est réduit grâce aux bonnes caractéristiques d'absorption et d'émissivité du matériau polytétrafluoroéthyléne poreux métallisé et peut encore être réduit par accroissement du nombre des couches de la construction. Un autre avantage apporté par la finition de surface irrégulière du matériau polytétrafluoroéthylène poreux métallisé est que la réflexion de la surface est diffuse plutôt que spéculaire, réduisant ainsi une focalisation involontaire de lténergie rayonnante incidente en un point où elle pourrait causer des dommages. Cette invention propose également un nouveau matériau présentant d'excellentes caractéristiques de drapé qui lui permettent de suivre de près des contours et des formes irréguliers et de s'y attacher à frottement doux, réduisant ainsi au minimum l'encombrement et l'occupation de l'espace. En outre, le matériau est suffisamment fort et tenace pour pouvoir s'étirer sur des irrégularités de surface dans le but de çaréner ces irrégularités de surface ou de les cacher. Le matériau peut facilement se manipuler et peut facilement s'attacher à d'autres dispositifs par des moyens mécaniques tels que vis, rivets, agrafes et analogues ou par des colles telles que des colles de polyuréthane ou des colles époxydes. La construction multicouche est en outre de poids ultra léger, chaque couche ne présentant qu'environ la moitié du poids d'une couche de la construction connue contenant du film Les Les . Les couches de polytétrafluoroéthylène poreux présentent une très faible densité apparente du fait de la porosité du matériau. Etant poreuses les couches exercent en outre la même fonction que les matériaux écarteurs poreux utilisés dans les constructions multicouches conventionnelles et, de ce fait, ne nécessitent pas que des matériaux écarteurs supplémentaires soient interposés entre les couches. Les couches peuvent être jointes ensemble par piqûre ou collage localisé. Le film de polytétrafluoéthylène expansé poreux (ePTFE) utilisé ici provenait de la firme W. L. Gore and Associates, Inc. Il a été préparé en accord avec la procédure définie dans les brevets US 4 187 390 et 3 956 566. Il peut présenter une proportion de vide entre 25% et 90% et les pores sont continus d'une face à l'autre. Son épaisseur peut aller de 0,025mm à 5mm ou davantage, il est flexible et peut se mettre en forme. Le film de ePTFE présente un fin revêtement de polymère conducteur ou de métal conducteur, par exemple cuivre, nickel, or, ou alliages tels qu'acier inoxydable, oxydes métalliques ou nitrures métalliques et, de préférence, aluminium, recouvrant la surface d'un côté. On peut déposer le métal par métallisation sous vide bien que d'autres procédés connus de l'art puissent être utilisés, tels que revêtement par pulvérisation cathodique, dépôt électrochimique et analogues. Au lieu d'un fin revêtement d'un métal conducteur, on peut utiliser un fin revêtement d'un polymère conducteur. On peut l'appliquer par extrusion ou par pulvérisation cathodique. Des polymères conducteurs représentatifs incluent les polymères pyrolisés du Kapton (poly-N, N-bis, (p,p-oxydiphénylène) pyromillitimide), polyacrylonitrate, polypyrole, polyaniline et analogues. En se reportant à la figure 1, un matériau à effet thermique 9 est constitué d'un substrat de ePTFE 10 avec un revêtement d'un polymère conducteur ou d'un métal conducteur il sur lui. Le revêtement il est déposé de façon à former un revêtement de surface ou de substrat 10 avec une pénétration minimale dans les pores du substrat 10. Le métal préféré pour la métallisation est l'aluminium; toutefois, pour les applications pour lesquelles l'aluminium ne convient pas, on peut utiliser d'autres métaux et matériaux présentant les caractéristiques demandées, par exemple des métaux nobles conducteurs, un métal ferromagnétique, des métaux réfractaires conducteurs, des oxydes conducteurs et analogues. On utilise ici le terme métallisation pour signifier l'application d'un métal conducteur il sur la surface du polyté- trafluoroéthylène poreux sous une épaisseur au moins telle que les caractéristiques de surface du matériau métallisé soient associées avec celles du métal appliqué. Si le revêtement il est de l'aluminium déposé sous vide, ce revêtement il est stable et son oxydation est réduite au minimum. Le revêtement 11 a un aspect mat du fait de la finition de surface irrégulière qu'y provoque le film poreux 10. Après avoir appliqué le revêtement pour obtenir une couche de matériau 9, on fait des incisions à travers la couche comme représenté sur les figures 2a, b et c, de façon à former des doigts qui peuvent se replier. Par conséquent, pour former les doigts, les incisions auront de façon générale une forme analogue à celles représentées à titre d'exemples en 12 sur les figures 2a, b et c. Le doigt formé par l'incision est désigné par le repère 13. Par conséquent, il se forme sur la couche une distribution de doigts. Les figures représentent les doigts selon une distribution régulière, mais on peut utiliser une distribution non régulière. On replie ensuite les doigts dans la même direction comme représenté sur la figure 3 et on poursuit ce repliement jusqu'à ce que les doigts soient repliés à 1800, comme représenté sur la figure 4. On dispose alors plusieurs des stratifiés de matériau 9 en couches comme représenté sur la figure 5, la surface conductrice 11 faisant face à la surface non traitée de la couche voisine pour former une construction multicouche, les doigts 12 étant repliés comme représenté sur les figures 4 et 5. Le nombre de couches utilisées dans la construction 8 est d'au moins deux, mais peut aller jusqu'au moins vingt ou davantage selon la valeur de l'isolation demandée par l'application particulière. Comme on le voit sur la figure 5, en repliant le doigt 12 et en plaçant la couche adjacente 9 près du doigt de façon que la surface de la couche adjacente vienne buter contre la surface métallique du doigt replié, on obtient la conductivité électrique d'une couche à l'autre. Une fois disposées, on peut joindre les couches ensemble pour former une construction manipulable 8 qui présente une intégrité de structure et peut se découper selon les formes spécifiques d'usage final et s'appliquer sur des surfaces sans perdre l'alignement correct ou la conductivité des différentes couches. Il est important que la jonction des couches se fasse de façon telle que les caractéristiques de transfert thermique de la composition soient influencées aussi peu que possible. Un procédé préféré pour l'obtenir consiste à joindre les couches dans la zone des doigts repliés en utilisant des matériaux de faible conductivité thermique, par exemple par piqûre locale avec un fil de polytétrafluoroéthylène expansé, avec une point de colle, par exemple de la colle fondant à chaud de marque Thermogrip ou avec un ruban adhésif résistant à haute température, tel qu'un ruban adhésif Kapton. L'écartement des joints est typiquement un intervalle de 10 à 30cm (quatre à vingt pouces) mais peut être plus ou moins en fonction des contraintes à laquelle sera soumise la composition. La figure 6 représente un procédé de liaison dans lequel on utilise une colle 13 pour maintenir les doigts 12 dans leur configuration repliée et faire adhérer les couches adjacentes. Une colle typique peut être une colle de silicone ou la colle fondant à chaud mentionnée ci-dessus ou une colle acrylique. REVENDICATIONS I. Matériau (9) à effet thermique caractérisé en ce qu'il est une construction stratifée comportant au moins deux couches; chaque couche étant faite de polytétrafluoroéthylène poreux expansé (10) présentant sur l'une de ses surfaces un fin film conducteur (11), les couches étant disposées de façon que la surface du film conducteur d'une couche soit adjacente à la surface non traitée de la couche adjacente, et en ce que chaque panneau contient un certain nombre de perforations (12) définissant de nombreux doigts (13) qui sont repliés sensiblement à 1800 par rapport au plan de la couche de sorte que le film conducteur qui se trouve sur le doigt d'une couche est en contact électrique avec le film conducteur recouvrant la couche adjacente. 2. Matériau à effet thermique comme revendiqué dans la revendication 1, caractérisé en ce que le film conducteur est un film métallique. 3. Matériau à effet thermique comme revendiqué dans la revendication 1, caractérisé par le fait que les couches sont jointes ensemble par des moyens de jonction situés dans la zone où le doigt replié (13) vient buter contre la couche adjacente. 4. Matériau à effet thermique comme revendiqué dans la revendication 1, dans lequel le film métallisé est de l'aluminium déposé sous vide.