Brevet FR2879887A1 — publié le 20060623

Structure filaire chauffante La présente invention concerne une structure filaire chauffante, en particulier pour la fabrication de tissus chauffants avec une application possible notamment à l'industrie textile. On connaît par le document US-4,533,821 un tissu en fil chauffant, par convection. A cet effet, un fil électriquement conducteur convertit partiellement une alimentation électrique en chaleur, par effet Joule. Quoique très prometteuse, cette réalisation présente quelques inconvénients. Déjà, elle ne propose pas de thermoformage du tissu obtenu, notamment pour des applications structurelles. En outre, dans ces applications notamment, il est actuellement préféré un chauffage par rayonnement. Le chauffage par rayonnement procure la sensation d'un chauffage doux, sans brassage d'air, par l'émission d'ondes électromagnétiques dans le domaine de l'infrarouge. Les éléments qui interagissent avec de telles sources de chaleur, dès réception de ces ondes, les "convertissent" en chaleur. Par ailleurs, le tissu chauffant du document US-4,533,821 ne prévoit pas le cas d'une alimentation électrique interrompue, cas dans lequel une inertie thermique du tissu chauffant est souhaitée. Typiquement dans le cas d'un vêtement chauffant pour des applications à des excursions dans des environnements à basses températures (haute montagne, régions polaires), les utilisateurs pourraient alimenter électriquement leur vêtement chauffant, puis les conserver sur eux, même sans apport d'énergie, pour entreprendre un effort physique. La présente invention vient améliorer la situation. 5 Elle propose à cet effet une structure filaire, chauffante par rayonnement, notamment pour la fabrication de tissu chauffant. La structure filaire au sens de l'invention comporte alors: - un fil thermiquement conducteur, et une structure sensiblement cylindrique, conférant à la structure filaire une géométrie sensiblement cylindrique et comportant des additifs thermiquement rayonnants, tels que des particules de plâtre, ainsi que des additifs thermiquement inertes, tels que de la paraffine. Le mariage de ces deux types d'additifs a nécessité quelques mises au point techniques qui seront décrites dans les modes de réalisation ciaprès, en référence aux dessins. D'ailleurs, d'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 représente schématiquement, en coupe, la structure filaire de l'invention selon un premier mode de réalisation, - la figure 2a représente schématiquement, en coupe, la 30 structure filaire de l'invention selon un second mode de réalisation, -la figure 2b représente schématiquement, en coupe, la structure filaire de l'invention selon une réalisation préférée du second mode, - la figure 3a représente schématiquement, en coupe, la 5 structure filaire de l'invention selon un troisième mode de réalisation, - la figure 3b représente schématiquement, en coupe, la structure filaire de l'invention selon une variante du troisième mode de réalisation présenté sur la figure 10 3a, - la figure 4 illustre schématiquement les étapes de fabrication d'un tissu comportant une structure filaire au sens de l'invention, - la figure 5 illustre schématiquement les étapes de fabrication d'un tissu comportant une structure filaire au sens de l'invention, selon une variante du procédé représenté sur la figure 4. On se réfère tout d'abord à la figure 1 pour décrire une réalisation préférée de la structure filaire au sens de l'invention. Selon une première caractéristique de ce mode de réalisation, la structure comporte, dans une section en coupe. - le fil thermiquement conducteur 3, - entouré d'une gaine incluant les additifs thermiquement rayonnants 10 ainsi que les additifs thermiquement inertes 2. Plus particulièrement, la structure cylindrique qui 30 entoure le fil conducteur 3 comporte sensiblement, dans ce premier mode de réalisation, une première couche 2 comportant les additifs inertes, et une seconde couche 1 comportant les additifs rayonnants 10. Préférentiellement comme représenté sur la figure 1, la seconde couche 1 recouvre sensiblement la première couche 2. Le fil conducteur 3 est préférentiellement constitué de métal ou d'alliage métallique électriquement conducteur. Lorsqu'il est alimenté électriquement, il produit une chaleur par effet Joule. Les additifs rayonnants 10 sont préférentiellement noyés dans une matrice thermoplastique 1 comportant un matériau tel que de la résine, du PVC, un polyamide, ou équivalent. Les additifs inertes 2, dans la couche intermédiaire entre la matrice 1 et le fil 3 dans le mode de réalisation de la figure 1, peuvent comporter avantageusement de la paraffine. Les additifs rayonnants 10 comportent avantageusement des particules de plâtre et/ou, en variante ou en complément, de la fibre de verre. Le plâtre présente au moins les avantages suivants. à haute température, il dégage de l'eau, ce qui confère à la structure un effet de retardateur de flamme; - il est de faible coût; -il confère à la structure une haute résistance mécanique, en tant que bon durcisseur de la matrice thermoplastique 1; et - ses propriétés de rayonnement de la chaleur confèrent à la structure son caractère rayonnant souhaité. On a représenté sur les figures 2a et 2b la structure filaire selon un second mode de réalisation dans lequel le fil 3 est entouré par une structure cylindrique 1 incluant des particules rayonnantes 10 et des particules à inertie thermique 2. Pour obtenir cette structure, on fait glisser le fil 3 dans un roseau formé d'une matrice thermoplastique 1 et incluant les particules 10 et 2. On indique qu'il est préféré, de façon générale, de prévoir les particules rayonnantes plutôt près de la périphérie externe S (figure 3b) de la structure filaire pour que la structure ne rayonne que par sa surface externe S de manière à limiter la consommation électrique et conserver un taux satisfaisant de conversion d'énergie électrique en chaleur rayonnée. Sur la figure 3b, une réalisation préférée de ce second mode consiste alors à prévoir un gradient de concentration des additifs rayonnants 10 de sorte que leur concentration dans la structure cylindrique 1 augmente vers l'extérieur du cylindre 1, tandis que les particules à inertie thermique 2 sont davantage localisées près du centre du cylindre 1. On indique qu'il est possible de créer un tel gradient avant ou au moment d'un démoulage pour obtenir la structure cylindrique 1. Néanmoins, dans une variante possible, on peut prévoir de disposer le fil conducteur 3 à l'extérieur de la structure cylindrique 1. Ainsi, en se référant à la figure 3a, dans un troisième mode de réalisation, le fil conducteur 3 est enroulé/enrobé autour de la structure cylindrique 1, en particulier autour de sa surface externe S. Par exemple, les particules à inertie thermique 2 peuvent être prévues au coeur de la structure cylindrique 1. Dans une variante de ce troisième mode de réalisation représentée sur la figure 3b, le fil conducteur 3 est surpiqué dans la structure cylindrique 1, sur sa surface externe S. De manière générale, on comprendra que l'on peut répartir les additifs en fonction de la fonctionnalité souhaitée pour le tissu qui comportera les fils selon la structure filaire au sens de l'invention. Lorsque le fil conducteur 3 chauffe par effet Joule, le tube polymère 1, modifié préférentiellement au plâtre 10, structure, protège et rayonne la chaleur générée. Les particules de paraffine 2, formant réservoir à inertie thermique, agissent comme un temporisateur, notamment après une coupure de l'alimentation électrique du fil conducteur 3. On indique que le tissu résultant de l'assemblage d'une telle structure filaire peut être noyé dans une résine autre que la matrice thermoplastique 1, ou encore être thermoformé en l'état pour obtenir un élément fini. Cette dernière étape est importante car un pressage à chaud permet de souder les extrémités du tissu, qui se trouvent en périphérie du tissu, pour éviter notamment les fuites de paraffine hors de la structure filaire. On a représenté sur la figure 4 un tissu T obtenu, dans l'exemple représenté, avec une structure filaire au sens du premier mode de réalisation représenté sur la figure 1. Pour terminer le procédé de fabrication d'un tel tissu T, on presse les extrémités des gaines cylindriques 1 des fils (flèches F4) de manière à les refermer et éviter ainsi un épanchement des particules à inertie thermique (paraffine par exemple) hors des gaines:L. Pour fabriquer la structure filaire elle-même, on prévoit par exemple un grade de polymère thermoplastique tel que du polyéthylène, du polypropylène, ou autre, modifié avec du plâtre que l'on extrude en tube. Lors de cette étape d'extrusion, en sortie de filière, on dispose un fil métallique 3 et l'on injecte dans le conformateur de l'extrudeuse (en fin de filière) la paraffine liquide. La paraffine se solidifie ensuite en formant avantageusement un bouchon qui évite des fuites en aval de l'extrudeuse. Le procédé de tissage qui intervient ensuite est classique en soi. Toutefois, le procédé de thermoformage ultérieur d'un tissu en une pièce solide (par exemple la peau (à la surface) d'une planche de bord de véhicule automobile, ou autre) s'effectue à une température proche de la fusion de la matrice thermoplastique 1 (préférentiellement 5 C en dessous de la fusion du polymère), tout en prenant donc soin de souder en premier lieu la périphérie du tissu, comme décrit ci-avant en référence à la figure 4, pour éviter des fuites de paraffine. Enfin, on indique que le tissu ainsi thermoformé et devenant ainsi un élément pouvant être rigide peut être utilisé dans la fabrication de structures hybrides renfermant un tel élément rigide, par exemple en tant que renfort chauffant. Bien entendu, l'étape de thermoformage, décrite ci-avant à titre d'exemple, pour rigidifier le tissu chauffant incluant la structure filaire au sens de l'invention peut ne pas être prévue dans le cas où le tissu est destiné à d'autres applications, par exemple pour la fabrication de vêtements pour grand froid. Dans ce cas, les fils conducteurs peuvent être connectés temporairement à une batterie électrique. Puis, lorsque leur alimentation électrique est coupée, les particules à inertie thermique jouent leur rôle de temporisation au moment où une personne portant un tel vêtement commence un effort physique. Par ailleurs, on a décrit ci-avant la fabrication d'une structure filaire par extrusion. Toutefois, tout autre type de procédé de plasturgie (pultrusion, SMC (pour "Sheet Molding Compression"), ou autres) peut être prévu. Plus généralement, 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. Par exemple, on a représenté schématiquement sur la figure 5 un autre procédé de fabrication d'un tissu chauffant comportant la structure filaire au sens de l'invention. Ici, on prévoit initialement un tissu 3 fait de fils conducteurs 30, tel qu'un tissu de fibres carbonées conductrices, auquel on applique un premier bain de paraffine 2 (flèche F1), en tant qu'additif à inertie thermique, puis un second bain dans une matrice polymère 1 incluant les additifs rayonnant 10 (flèche F2). En variante, on peut préférentiellement prévoir un bain unique dans une matrice polymère 1 incluant les additifs rayonnants (flèche F2), puis une injection ultérieure de particules de paraffine 2 (flèche F1), en tant que particules à inertie thermique. La structure ainsi obtenue peut ainsi être thermoformée selon une forme préférée (par cintrage, ou autre). Revendications 1. Structure filaire, chauffante par rayonnement, notamment pour la fabrication de tissu chauffant, caractérisée en ce qu'elle comporte: un fil thermiquement conducteur, et une structure sensiblement cylindrique, conférant à la structure filaire une géométrie sensiblement cylindrique et comportant des additifs thermiquement rayonnants ainsi que des additifs thermiquement inertes. 2. Structure filaire selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comporte, dans une section en coupe: - le fil thermiquement conducteur, entouré d'une gaine incluant les additifs thermiquement rayonnants ainsi que les additifs thermiquement inertes. 3. Structure filaire selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la structure cylindrique comporte sensiblement une première couche comportant les additifs inertes, et une seconde couche comportant les additifs rayonnants. 4. Structure filaire selon la revendication 3, caractérisée en ce que la seconde couche recouvre sensiblement la première couche. 5. Structure filaire selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la concentration des additifs rayonnants dans la structure cylindrique augmente vers l'extérieur du cylindre. 6. Structure filaire selon l'une des revendications 1 et 3, caractérisée en ce que le fil conducteur est surpiqué dans ladite structure cylindrique. 7. Structure filaire selon l'une des revendications 1 et 3, caractérisée en ce que le fil conducteur est enroulé autour de ladite structure cylindrique. 8. Structure filaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le fil est constitué de métal ou d'alliage métallique électriquement conducteur. 9. Structure filaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les additifs rayonnants sont noyés dans une matrice thermoplastique comportant un matériau tel que de la résine, du PVC, un polyamide, ou équivalent. 10. Structure filaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les additifs rayonnants comportent des particules de plâtre et/ou de la fibre de verre. 11. Structure filaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les additifs inertes comportent de la paraffine.