Brevet FR2736500A1 — publié le 19970110

Elément chauffant à matrice thermoplique La présente invention concerne un élément chauffant, constitué d'un élément conducteur O, associé à une matrice thermoplastique 0, avec isolation électrique &commat;. O + O peut être façonné et travaillé à la chaleur pour obtenir divers objets ou pièces chauffantes. La façon peut inclure O, ouO peut être rajouté après ces opérations. De tels éléments chauffants comprennent, un élément conducteur O type voile de non tissé, non tissé ou fibre (voir annexe A); renforcé par une résine thermoplastique (voir annexe B) ayant le rôle de matrice, résistant mécaniquement et à la chaleur, lui apportant cohésion et possibilité de collage sur d'autres pièces; isolé par un matériau isolant lectrique (voir annexe C), mis dès le départ ou rajouté ensuite. Dans certains cas, la résine thermoplastique E > peut aussi avoir la fonction isolante électrique, et éliminer la nécessité d'un troisième produit Ces éléments peuvent être travaillés et assembles de différentes manières, notamment: - Par estampage, après ramollissement de la résine thermoplastique O, à la manière du travail des métaux en feuilles ,Par moulage sous presse, en moule ouvert ou fermé, avec action de la chaleur ,Par moulage sous vide, avec action de la chaleur ,Par moulage en autoclave e Par complexage, à l'aide d'une machine à calandrer ou autres moyens e Par tout autre moyen visant au ramolissement de la résine termoplastique 9 Une découpe appropriée pourra ensuite être effectuée. Différents types d'éléments chauffants ont été proposés, ou sont actuellement fabriqués et vendus. Une première technique consiste à utiliser une résistance chauffante. Cette technique présente divers inconvénients: - La diffusion de chaleur n'est pas toujours homogène. - Les moyens d'assemblages mecaniques sont souvent coûteux. - Le volume utilisé est important Une deuxième technique consiste à fabriquer de la chaleur à l'aide de l'induction créée par le courant Cette technique présente divers inconvénients: - La diffusion de chaleur n'est pas toujours homogène. - Les moyens d'assemblage mécanique peuvent être coûteux - Le volume utilisé par le système est important. - Le rendement n'est pas optimum. La troisième technique consiste à obtenir une résistance chauffante à partir dune plaque d'un métal conducteur. Cette plaque, souvent très fine, est mise en place sur un supporL L'ensemble est ensuite découpe selon les proodés de l'attaque chimique, couramment utilisés pour la réalisation de circuits imprimés. Ici, le support assure la cohésion de la plaque une fois découpée. Cette technique prbtnte les inconvénients suivants: - Le coût de l'ensemble (complexage du métal conducteur sur son support) peut être élevé et l'élaboration de celui techniquement difficile à réaliser en grandes quantités et pour des applications hautes températures. - La bonne cohésion de la plaque de métal conducteur sur son support est parfois difficile à obtenir. Cela pose des problèmes de réalisation pendant l'attaque chimique. On risque de peler le métal conducteur. - Le procédé d'attaque chimique requiert, du complexe métal conducteurlsupport, une planéité de qualité. Or, ceci est difficile à obtenir. La quatrième technique consiste à obtenir une résistance chauffante par estampage, ou découpe mécanique d'une plaque de métal conducteur. Cette technique présente divers inconvénients: - Coût relevé des outils de découpe, usure de ceuxì - Difficultés de manipulation des éléments découpés avec possibilités de déformations importantes, nuisant à l'homogénéité du système La présente invention a pour objet: = La réalisation d'un élément chauffant présentant une diffusion de chaleur homogène et un très bon rendement thermique. Les fibres, le non-tissé ou voile non-tissé constituant l'élément conducteur peuvent être distribués de faucon très homogène sur une surface. e La réalisation d'un élément chauffant occupant un très faible volume. ,La réalisation d'un élément chauffant, facile à fabriquer et facilement industrialisable, quels que soient les formes ou éléments à effectuer, et quantités à réaliser. La résine thermoplastique se travaille aisément et rapidement. Les cycles de fabrication peuvent être très réduits. e La réalisation d'un élément chauffant, pouvant travailler, selon les produits employés et les performances désirées, à de hautes températures en continu. Certains éléments cités en annexe k, B. et C. ont de très bonnes caractéristiques en température. e La réalisation d'un élément chauffant sans limite óu presque sur les intensités et tensions nécessaires à son alimentation, selon la nature et l'épaisseur des produits employés. La présente invention a notamment pour objet la réalisation d'appareils chauffants, avec des températures d'assemblages des éléments comprises entre 280 et 5500C selon les matériaux et pressions utilisés. Selon la présente invention, l'élément chauffant comprend au moins 3 fonctions: - élément conducteur, générateur de chaleur - Liant thermoplastique et éventuellement support de collage de l'élément conducteur - Isolant électrique de l'élément Selon la présente invention, l'élément chauffant comprend, *au moins 2 produits", plus généralement "au moins 3 produits": - Voile non tisse, non tissé ou fibre, ces éléments étant conducteurs - Une matrice thermoplastique - Un matériau isolant électrique Dans le cas de "au moins 2 produits", la résine thermoplastique employée cumule les fonctions de matrice thermoplastique et d'isolant électrique. Nous considérons comme deux produits distincts, l'élément conducteur et la matrice thermoplastique, même si ces deux éléments sont mélangés au sein d'un même produit. Par exemple, un non tissé, un voile non-tissé, ou une fibre associant une matière conductrice à une matière faisant office de matrice thermoplastique. Annexes k A titre de fibre, de non tissé au de voile non tissé, constituant l'élément conducteur O et pouvant être utilisés selon l'invention, on peut citer, à titre d'exemples, les articles réalisés dans les matières suivantes (alliages et dérivésinclus): - Cuivre - Carbone - Boron - Tungstène - Muminium - Constantan - Nickel - Argent - Acier - Carbure de silicium Les matières conductrices pourront être associées dans la fibre, le non-tissé ou le voile non-tissé, à d'autres matériaux non-conducteurs qui serviront à titre d'exemples de renfort, de support de métallisation, de support, d'enveloppe, .. B. A titre de résines thermoplastiques, constituant la matrice O et pouvant être utilisées selon l'invention, on peut citer, à titre d'exemples, les matières suivantes: - Polyétherimides (en abrégé PEI) - Polyether-ethercétones (en abrégé PEEK) - Polymères à cristaux liquides (en abrégé LCP) - Polysulfures de phénylène (en abrégé PPS) - Polyéthersulfures (en abrégé PES) - Polyimide (en abrégé PI) Ces matières se présentent généralement sous la forme de films. On les trouve aussi sous la forme de non-tissés, voiles non-tissés, tissus, ou autres formes pâteuses, liquides,.. C. A titre de matériaux isolants électriques, constituant l'isolant électrique O et pouvant être utilises selon I'invention on peut citer, à titre d'exemples, les matières suivantes: - Polyirnide -Teflon - Perfluoro Alkosy (en abrégé PFA) - Polyvinylidéne Fluoride (en abrégé PUDF) - -Fluoruated Echylene Propylène (en abrégé FEP) Ces matières se présentent généralement sous la forme de films. On les trouve aussi sous la forme de wn tissés, voiles non-tissés, tissus, ou autres formes pâteuses, liquides, ... Exemples Pour tous les exemples cités ci-aprés, I'assemblage des éléments sera réalisé selon les techniques citées en première page (estampage, moulage sous presse, moulage sous vide, moulage en autoclave, complexage ou calandrage). Voici un premier exemple, d'un élément conforme à l'invention, composé de: O Un voile non4issé composé de nickel et de carbone O Une résine thermoplastique PEEK, sous la forme d'un film, d'un non tissé ou autres, quisertdematriceàO. O Un film Kapton (polyimide) de part et d'autres de O + O, collé par O Voici un deuxième exemple, d'un élément conforme à l'invention, compose de: O Un voile non-tissé composé de nickel et de carbone e Une résine thermoplastique polyimide, sous la forme d'un film, qui sert de matrice i 0. Un film Kapton (polyimide) de part et d'autres de O + , collé par O Voici un troisième exemple, d'un élément conforme à l'invention, composé de: O Un voile non-tissé composé de nickel et de carbone e Un film polyimide de part et d'autres de O, la face thermoplastique côte O. e aura la forme d'un film couche ou tri-couhe, avec un côté thermoplastique (pour le bi couche) ou deux cotés (pour le tri couche) ou au milieu (pour le tri-couche). Voici les pièces qui pourront être réalisées selon les exemples précédents: - Appareils domestiques, électroménager chauffant (semelles de fer à repasser, fours, plaques, ...) - Radiateurs muraux (panneaux extra-plats favorisant une diffusion de chaleur homogène, planchers, plafonds, murs,...) - Outillages, équipements chauffants pour transports (avion, train, automobile, bateau ...) Exemple complémentaire Les exemples précédents montraient la réalisation d'éléments chauffants, selon l'invention. L'exemple suivant inclut les éléments périphériques. Les orientations données dans cet exemple, ou certains éléments cités, pourront servir de base de travail dans la réalisation d'appareils chauffants type semelles de fer à repasser, par exemple. Se reporter au dessin joint pour une meilleure compréhension. Cet élément conforme à l'invention est composé de l'empilage suivant: 1 Une plaque aluminium, ou acier, ou autres métaux, alliages et dérivés Q Un film de résine thermoplastique PEEK, utilisé comme colle de O'sur 3 Q Un film poiyimide, utilise comme isolant électrique 4 Un film de résine thermoplastique PEEK, utilisé comme colle de (a) sur 5 et matrice de O5 5 Un voile non-tissé composé de nickel et de carbone 4 Un film de résine thermoplastique PEEK, utilisé comme colle de 3 sur 5 et matrice de 5 Dans certains cas, cet élément (i) sera facultatif.Ce dans l'hypothèse où le premier film (3 cité ci-tiessus a suffisamment "mouillés (fi) afin de réaliser un collage uniforme et de remplir pleinement la fonction matrice. Un film polyimide, utilisé comme isolant électrique Q Un film de résine thermoplastique PEEK, utilisé comme colle de Ol sur 6 Q Une plaque aluminium, ou acier, ou autres métaux, alliages et dérivés Des thermocouples pourront être incorporés entre les éléments Q, qui prennent en sandwich les éléments 4 et dans ou sur 4 et tlD. Ces thermocouples permettront de transmettre les informations nécessaires à la régulation thermique de l'élément chauffant. 5 sera connecté à une alimentation électrique qui pourra être régalée. L'assemblage se fera aux moyens des techniques citées précédemment avec des températures d'assemblages des éléments comprises entre 280 et 5500C selon les matériaux et pressions utilisés. L'assemblage à la presse est très approprié. Cet exemple propose une solution, sans toutefois couvrir toutes les solutions que laissent envisager l'invention. Les films PEEK pourraient par exemple, être remplacés par d'autres films ou autres formes de matrices thermoplastiques, tout comme des films isolants bi ou tri Revendications 1) Dispositif pour réaliser des éléments chauffants, caractérisé en ce qu'il comporte, un élément conducteur O type voile de non tissé, non tissé ou fibre, une matrice thermoplastique et un isolant électrique O. 2) Dispositif pour réaliser des éléments chauffants, comportant un élément conducteur O type voile de non tissé, non tissé ou fibre, une matrice thermoplastique O et un isolant électrique O caractérisé en ce que l'invention pourra être utilisée pour la réalisation d'appareils chauffants, avec des températures d'assemblages des éléments comprises entre 280 et 5500C selon les matériaux et pressions utilisés. 3) Dispositif selon les revendications 1) ou 2), caractérisé en ce que la matrice thermoplastique O set de matrice à O et peut seMr de support de collage 8 0. 4) Dispositif selon les revendications 1) ou 2) où la matrice thermoplastique O peut, dans certains cas, assurer la fonction d'isolation et ainsi se substituer à O.