Brevet FR2847114A1 — publié le 20040514

Panneau de chauffage ultra-mince L'invention concerne le domaine des éléments de chauffage, tels que des structures chauffantes en forme de plaque. Des structures chauffantes de ce type, sensiblement en forme de plaque, comportent une couche chauffante comprenant au moins une résistance électrique destinée à être alimentée électriquement pour produire un chauffage par effet Joule. Cette couche chauffante est fixée entre deux couches de renfort qui sont préférentiellement des isolants électriques. Les termes "en forme de plaque" désignent aussi bien une forme plane qu'une forme sensiblement courbe, ou encore cintrée. La fixation de la couche chauffante entre les deux couches de renfort s'effectue habituellement en maintenant dans un moule la résistance électrique entre deux épaisseurs de renfort et en injectant dans le moule une résine que l'on polymérise par élévation de température, ce qui permet d'ailleurs de rigidifier la structure chauffante obtenue. Toutefois, les structures chauffantes ainsi obtenues présentent des épaisseurs de l'ordre ou supérieures à 2 centimètres, ce qui, d'une part, réduit les applications possibles de telles structures chauffantes et, d'autre part, confère à ces structures chauffantes une inertie thermique encore élevée. Par ailleurs, les durées nécessaires à leur fabrication sont encore importantes. La présente invention vient améliorer la situation. Elle propose à cet effet un procédé de fabrication d'une structure de chauffage, sensiblement en forme de plaque, dans lequel : a) on prévoit un renfort pré-imprégné d'une matrice polymérisable par élévation de température, b) on insère au moins une résistance électrique entre deux épaisseurs dudit renfort, et c) on élève la température de l'ensemble formé à l'étape b) pour le rigidifier. On entend par "matrice polymérisable" aussi bien un polymère thermoplastique, qui peut donc être fondu et solidifié à volonté pour présenter une forme souhaitée, ou encore un polymère thermodurcissable, qui polymérise une seule fois par élévation de température. De façon générale, on comprendra que la matrice polymérisable est initialement incorporée, avantageusement par pré-imprégnation, dans les renforts, de manière à ce qu'à l'étape c) de polymérisation, l'ensemble est rigidifié selon une forme choisie. Avantageusement, on dispose l'ensemble formé à l'étape b) dans une presse chauffante pour obtenir, à l'étape c), une structure rigide, de forme choisie. Ainsi, les durées de fabrication de la structure chauffante sont substantiellement réduites par rapport aux procédés de fabrication classiques qui nécessitent : - d'injecter une résine dans le moule, - d'attendre que toute la résine injectée polymérise par élévation de température, et - d'attendre le refroidissement de la structure chauffante obtenue. La structure de chauffage obtenue par le procédé selon l'invention présente avantageusement une épaisseur globale inférieure ou de l'ordre de 5 millimètres. Elle présente ainsi une plus faible inertie thermique que les structures de chauffage classiques et l'étape de mise en refroidissement des procédés classiques est substantiellement écourtée dans le procédé selon l'invention. La présente invention vise aussi une telle structure de chauffage, sensiblement en forme de plaque, comportant au moins une résistance électrique, immobilisée par polymérisation d'une matrice entre deux épaisseurs de renfort, et présentant ainsi une épaisseur globale inférieure ou de l'ordre de 5 millimètres. Avantageusement, la structure chauffante ainsi obtenue produit un chauffage par rayonnement. Le chauffage par rayonnement procure généralement la sensation d'un chauffage doux, sans brassage d'air, par l'émission d'ondes électromagnétiques dans le domaine de l'infrarouge. Par ailleurs, dans des lieux ouverts dans lesquels un courant d'air circule régulièrement, des coûts de chauffage par convection sont souvent prohibitifs et la structure chauffante selon l'invention y trouve une application avantageuse, mais non limitée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ciaprès, et des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente schématiquement une structure chauffante S au sens de la présente invention ; - la figure 2 représente schématiquement une vue en coupe transversale (selon la ligne de coupe II-II) de la structure chauffante S de la figure 1 ; et - la figure 3 représente schématiquement une presse chauffante pour la fabrication de structures chauffantes au sens de l'invention. On se réfère tout d'abord à la figure 1, sur laquelle une structure chauffante S présente une forme générale de plaque, sensiblement courbe. La structure chauffante S est alimentée électriquement par l'intermédiaire de fils de connexion reliés, le cas échéant, à au moins un module de connexion Ml. Dans l'exemple représenté sur la figure 1, ces fils de connexion font saillie d'un bord d'extrémité de la structure chauffante S. Dans une variante, ces fils de connexion peuvent faire saillie d'une grande face de la structure. Cette structure chauffante S peut être destinée au chauffage d'habitacles domestiques, en tant que radiateurs de maison connectés au réseau électrique. A cet effet, la structure S repose sur un socle SOC (représenté en traits pointillés sur la figure 1) et comportant un module de connexion M2 homologue du module Ml, pour une connexion au réseau de distribution électrique. On se réfère maintenant à la figure 2 sur laquelle la structure chauffante au sens de la présente invention comporte un film chauffant FC en sandwich entre deux couches de renfort Cl et C2. Chaque couche de renfort Cl et C2 comporte des fibres de verre ou des fibres naturelles FV agencées selon un réseau pour former un tissu de fibres. Les tissus de fibres FV des couches Cl et C2 sont rigidifiés dans une matrice MAT qui a été polymérisée par élévation de température dans une presse chauffante, comme on le verra plus loin. Préférentiellement, la matrice MAT comporte un polymère thermoplastique, tel que du PBT (pour "polybutylène téréphalate"), permettant d'effectuer un ou plusieurs thermoformages successifs de la structure S, en vue de lui conférer une forme choisie, aussi complexe que souhaité. En complément ou en variante, la matrice MAT peut comporter aussi un polymère thermodurcissable, tel qu'une résine EPOXY qui se présente, dans l'état non polymérisé, sous la forme d'un gel. Les fibres FV sont pré-imprégnées, par enduction, de cette résine avant l'étape de polymérisation par élévation de température. Dans la réalisation selon laquelle la matrice est thermoplastique, le tissu de fibres FV peut comporter initialement des fibres de polymère thermoplastique qui sont co-mêlées, dans le tissu, aux fibres de renfort FV. Par élévation de température, ces fibres de polymère thermoplastique fondent et se solidifient par refroidissement en rigidifiant la structure chauffante. On comprendra ainsi que l'on entend par le terme "préimprégné" aussi bien l'incorporation de fibres polymérisables dans le tissu de fibres FV que l'enduction, proprement dite, des fibres de renfort FV par un polymère sous forme de résine ou de gel. Le film chauffant FC contient au moins une résistance électrique. A cet effet, ce film chauffant FC peut être formé d'un film plastique sur lequel sont sérigraphiées une ou plusieurs résistances. Avantageusement, des ouvertures (non représentées sur la figure 2) peuvent être aménagées dans le film sérigraphié pour favoriser une interpénétration de la matrice MAT des deux cotés du film, ce qui confère une plus grande stabilité mécanique de la structure S. Par ailleurs, des films adhésifs AD1 et AD2 peuvent avantageusement être insérés entre chaque grande face du film chauffant FC et chaque couche de renfort Cl et C2. En variante, l'utilisation d'un tissu de fibres au moins en partie conductrices peut aussi être envisagée. Par exemple, les fibres peuvent être carbonées pour leur conférer des propriétés de conduction électrique. Le film chauffant peut aussi être formé d'un tissu de fibres de verre, dans lequel est surpiqué un fil électriquement conducteur, ou encore dont les fibres sont imprégnées d'un polymère conducteur. Dans une autre variante encore, il peut s'agir d'un réseau de fils conducteurs. De façon générale, on indique que le film chauffant FC est constitué d'un ou plusieurs types de matériaux électriquement résistifs, destinés à être alimentés électriquement et capables de produire une chaleur par effet Joule lorsqu'ils sont parcourus par un courant électrique. Avantageusement, l'utilisation d'un tissu de fibres carbonées assure une imprégnation satisfaisante des résines RI et R2 dans lesquelles il est noyé, ce qui permet d'obtenir une bonne adhésion du film chauffant FC dans la structure chauffante S. Ainsi, dans la réalisation selon laquelle le film chauffant est un film sérigraphié, des ouvertures aménagées dans le film sont avantageusement prévues. Les résines RI et R2 peuvent alors s'interpénétrer pendant l'étape d'injection dans le moule. Le profilé composite rayonnant que forme ainsi la structure chauffante S présente, par l'utilisation avantageuse de fibres de verre FV en tant que renforts, un haut pouvoir émissif et une part de chaleur rayonnée importante, les renforts FV assurant en outre une tenue mécanique satisfaisante de la structure chauffante S. On se réfère maintenant à la figure 3 pour décrire un procédé de fabrication de la structure S, par pressage à chaud dans une réalisation préférée. L'ensemble formé du film chauffant FC des fibres de renfort FV pré-imprégnées de la matrice polymérisable et adjacentes aux grandes faces du film chauffant FC est introduit entre deux plateaux P1 et P2 d'une presse chauffante, telle que représentée sur la figure 3. Le cas échéant, les fibres FV sont retenues au film chauffant FC par les films adhésifs AD1 et AD2 pour la mise en place de l'ensemble ainsi formé dans la presse chauffante de la figure 3. L'ensemble introduit dans la presse chauffante est maintenu par des organes de retenue RI et R2 qui sont escamotables dans des cavités respectives formées dans le plateau inférieur P2 de la presse chauffante et retiennent les extrémités de l'ensemble introduit dans la presse.Le plateau supérieur P1 et le plateau inférieur P2 viennent sensiblement en contact l'un de l'autre, lorsque leur température atteint environ 100 à 150[deg]C pour assurer une polymérisation satisfaisante de la matrice MAT. Avantageusement, dans l'exemple représenté sur la figure 3, les plateaux P1 et P2 ne sont pas de forme plane, mais avantageusement cintrée, ce qui permet d'obtenir une structure chauffante S, de forme générale cintrée, comme représentée sur la figure 3. Dans une autre variante, la forme de la structure chauffante S peut être plus complexe (ondulée, cannelée, ou autre). Préférentiellement, l'étape de pressage s'effectue sous vide et/ou sous forte pression du plateau P1 contre le plateau P2, afin d'évacuer les poches d'air qui seraient susceptibles d'entraîner, lors de la mise en chauffe de la structure S, des dilatations et, le cas échéant, un délaminage de la structure. En particulier, l'aspiration des poches d'air, sous vide, permet de se passer d'une forte pression du plateau de presse. A cet effet, on a disposé l'ensemble formé à l'étape b) dans une enceinte sous vide (moulage en dépression). Avantageusement, l'utilisation d'une pré-imprégnation des renforts permet d'avoir une répartition uniforme de la matrice dans la structure stratifiée S et, par conséquent, d'assurer une homogénéité en température sur la surface de la structure chauffante S lorsqu'elle est en service. En effet, des essais ont montré que, lorsque cette répartition en température était inhomogène sur la surface de la structure S, des points chauds étaient capables de provoquer une usure prématurée de la structure. La structure chauffante ainsi obtenue présente une épaisseur inférieure ou de l'ordre de 5 mm, tout en assurant des capacités de chauffage équivalentes à celles des structures chauffantes classiques. Des essais ont montré que la température de la structure chauffante, en service, pouvait atteindre environ 80[deg]C en moins d'une vingtaine de minutes. Par ailleurs, la structure chauffante, d'une épaisseur aussi mince que 5 mm, présente des propriétés de tenue mécanique équivalentes à celles des structures chauffantes classiques, du fait des renforts FV rigidifiés par la matrice MAT, une fois polymérisée. Les renforts FV, avantageusement isolants, assurent en outre une bonne isolation électrique de la structure et une résistance satisfaisante aux flammes. Avantageusement, des additifs peuvent être implantés dans la matrice MAT avant sa polymérisation. De tels additifs peuvent être choisis pour respecter des normes de sécurité (retardeur de flamme, ou autres). Enfin, le procédé de fabrication de la structure chauffante S se poursuit par une étape connue en soi de mise en place d'un module de connexion Ml pour alimenter électriquement le film chauffant FC. Bien entendu, la présente invention ne se limite pas à la forme de réalisation décrite ci-avant à titre d'exemple ; elle s'étend à d'autres variantes. Ainsi, on comprendra que, dans l'exemple décrit ci-avant, la structure chauffante S selon l'invention trouve une application avantageuse au chauffage domestique (intérieur comme extérieur). Toutefois, une telle application ne se limite pas à ce type de chauffage. La structure chauffante S peut être utilisée en tant qu'élément de chauffage de matière comestible (thermos auto-chauffant, chauffeliquide ou chauffe-plat), ou en tant qu'élément de séchage dans l'industrie, notamment. Revendications 1. Procédé de fabrication d'une structure de chauffage, sensiblement en forme de plaque, dans lequel : a) on prévoit un renfort pré-imprégné d'une matrice polymérisable par élévation de température, b) on insère au moins une résistance électrique entre deux épaisseurs dudit renfort, et c) on élève la température de l'ensemble formé à l'étape b) pour le rigidifier. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le polymère est thermoplastique. 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le polymère est thermodurcissable. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le renfort est un tissu de fibres de verre. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le renfort est un tissu de fibres naturelles. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on dispose l'ensemble formé à l'étape b) dans une presse chauffante pour obtenir, à l'étape c), une structure rigide, de forme choisie. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on dispose l'ensemble formé à l'étape b) dans une enceinte sous vide pour aspirer des poches d'air dudit ensemble. 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la résistance électrique est un film sérigraphié. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel la résistance électrique est un tissu de fibres au moins en partie conductrices. 10. Procédé selon la revendication 8, dans lequel, à l'étape b), on insère en outre un adhésif entre ledit renfort et la résistance électrique. 11. Structure de chauffage, sensiblement en forme de plaque, caractérisée en ce qu'elle comporte au moins une résistance électrique, immobilisé par polymérisation d'une matrice entre deux épaisseurs de renfort, et en ce qu'elle présente une épaisseur globale inférieure ou de l'ordre de 5 millimètres. 12. Structure de chauffage selon la revendication 11, caractérisée en ce que ladite résistance électrique est destinée à être alimentée électriquement pour produire une chaleur par effet Joule, et en ce que la structure, elle-même, est destinée à produire un chauffage par rayonnement.