Brevet FR2922405A1 — publié le 20090417

ARMURES CHAUFFANTES 5 DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne une structure textile tricotée ou tissée permettant de dégager de la chaleur lors de l'utilisation du produit. Les produits peuvent être utilisés dans des domaines divers tels que l'habillement (vêtements professionnels, sport...), l'ameublement 10 (sièges de voiture, rideaux...), le matériel médical (orthèses, ceintures lombaires...), le packaging, les géotextiles (antigel de chemin, route ou piste d'atterrissage, chauffage dans le sol...). Il peut aussi s'agir d'usages techniques tels que le matériel de réchauffage ou de maintien en température pour des tuyaux ou canalisation de fluide divers, la protection 15 d'éléments mécaniques et électroniques contre les basses températures (dégivrage d'avion), le réchauffage de solutions d'enduction ou de colle... Cette liste est non limitative; l'application de l'invention est aussi envisagée dans tous les domaines où une diffusion/convection de chaleur est recherchée en exposant l'objet ou en enveloppant une partie d'un corps vivant ou inerte. 20 ETAT ANTERIEUR DE LA TECHNIQUE Il a déjà été réalisé des matériaux plus ou moins souples, plus ou moins modelables sur une forme, permettant d'assurer une protection thermique ou une capacité à réchauffer en 25 apportant une source de chaleur par effet Joule. Ces matériaux sont en général réalisés par intégration, dans une structure hétérogène, souvent multicouche, de résistances électriques sous forme de fils résistifs parcourant la structure. Plus récemment, d'autres textiles ont été enduits d'une substance 30 conductrice. Cette solution présente les inconvénients suivants : • concentrer l'émission de chaleur autour des résistances, • rendre l'assemblage plus rigide, 35 • presque toujours perdre l'élasticité que l'on peut obtenir par un textile. La chaleur n'est pas répartie de manière homogène dans toute la surface du textile et la température s'élève d'autant plus que l'on est près du fil. Il est alors souvent nécessaire d'utiliser une deuxième couche de textile évitant le contact entre le point chaud et le corps à chauffer. Le fil conducteur est souvent composé d'éléments métalliques plus rigide, ce qui diminue la souplesse du textile. L'ajout de fils métalliques à un textile diminue de manière très significative la souplesse et la capacité d'extension de celui-ci. Le problème de la connectique se pose aussi pour ces tissus qui doivent être reliés à une source d'énergie (transformateur, batterie ou autre). • Soit ils sont connectés en un point ce qui n'assure pas une répartition uniforme de l'intensité électrique et cela provoque l'apparition de zones plus chaudes que d'autres présentant même parfois des risques de points chauds (brûlure, incendie). On montre clairement par thermographie que l'émission de chaleur n'est pas homogène. • Soit ils sont connectés par des éléments mécaniques ou filaires de faible résistance, rapportés sur la structure, et qui répartissent l'intensité électrique (tresse, plaque). Dans tous les cas, cela apporte une rigidité au produit final (perte de souplesse au niveau des connexions), une augmentation de volume (épaisseur, due aux replis du tissu sur lui même et aux coutures). Ces solutions nécessitent aussi un travail supplémentaire de mise en place qui en augmente le coût significativement. EXPOSE DE L'INVENTION L'invention apporte une solution nouvelle pour homogénéiser la chaleur et maintenir la souplesse et l'élasticité du support textile. L'invention concerne une structure textile réalisée en tissage ou en technologie à 25 mailles jetées type chaîne ou Rachel. La structure est composée de plusieurs types de fils ou de fibres utilisés simultanément, certains pouvant être isolants et d'autres résistants. Le textile présente donc une résistance de chauffage par effet Joule. L'invention réside en l'insertion du fil de connectique dans l'armature même du 30 textile : Un fil de nature différente et très significativement plus conducteur est introduit dans l'armure même du tissu et assure la connexion à la source d'énergie. La répartition de l'intensité électrique du courant se fait alors de manière très homogène grâce à un très bon contact entre le fil de connexion et le fil résistif. Ce fil conducteur répartit uniformément 35 l'intensité électrique dans tous les fils résistifs ; il en résulte que la chauffe est très homogène sur toute la surface du textile. En effet, le textile chauffant peut être assimilé à un réseau de résistances tel que présenté sur la fig. A.20 Les résistances voulues R, rendent le textile chauffant par effet Joule. Les résistances kR correspondent aux résistances linéaires du fil ou des systèmes de connexion. Ces résistances peuvent perturber l'homogénéité de diffusion de chaleur. D'autre part il faut les minimiser afin de limiter les pertes inutiles. On peut calculer par les lois électriques de base, la puissance dégagée par chaque bande et par les fils de connexion. On fera la démonstration sur une modélisation à trois bandes, mais cela peut être généralisé à un nombre de bandes plus important ou à un textile continue Les calculs sur ce réseau de résistances montrent que la valeur de la résistance kR ne doit pas dépasser 1/100eme de la résistance R, sans quoi les trois bandes ne chauffent plus à puissance équivalente et il y a formation de points chauds sur les connexions d'alimentation. Cette modélisation démontre l'intérêt d'avoir un fil très conducteur distributeur de l'intensité électrique dans le textile La démonstration peut être portée à un nombre quelconque de bandes chauffantes, ou même à un textile résistant, donc chauffant sur toute sa surface. Le fil conducteur est introduit en trame complète ou partielle en technologie maille 15 jetée (Chaîne ou Rachel) ou en tissage. Il peut aussi être en chaîne en tissage ou en technologie maille jetée dans diverses armures. Ces fils conducteurs seront introduits avec un espacement correspondant à la taille de l'article à réaliser grâce à une programmation électronique ou avec un pas inférieur sous-multiple exact ou approximatif de la taille de l'article à réaliser. 20 Il peut aussi être introduit sous forme d'un ou plusieurs fils de lisière en tissage. Là aussi, un pas plus faible pourra éventuellement être retenu en introduisant des fils conducteurs en chaîne selon un espacement régulier. Il n'y a ainsi pas besoin d'opération supplémentaire pour intégrer les connectiques et le fil conducteur n'est pas en surface (réduction des surépaisseurs ou de risques d'accrochage) 25 puisqu'il est inséré dans l'armure du tissu. Par ailleurs, il a été constaté que les fils textiles résistifs ne sont pas toujours homogènes quand à leur résistance rendant difficile la reproductibilité des articles. On observe par mesure des écarts de résistance le long du fil pouvant aller jusqu'à 3 à 20 fois la valeur 30 moyenne. La capabilité de ces process de fabrication du fil est souvent faible. Ces pics de résistance peuvent induire des points de surchauffe localisés ou l'annulation de l'intensité électrique dans la branche si d'autres fils résistifs se trouvent en parallèle. Comme le montre la figure B, il est alors possible de court-circuiter le pic de résistance en plaçant des fils très conducteurs, qui jouent le rôle de droites équipotentielles. On réalise alors 35 un réseau de résistances avec davantage de points reliant les résistances, ce qui permet une meilleure distribution de l'intensité électrique et donc de la puissance thermique. En conclusion, l'insertion dans le textile du fil de connexion (reliant les fils chauffants à la source d'énergie) permet donc : • d'homogénéiser la dissipation de chaleur, • de faciliter la connexion à la source d'énergie sans surépaisseur, de perte de souplesse, de risque d'accrochage • de réduire les risques de points de surchauffe localisés, • d'éviter le surcoût des étapes supplémentaires de confection, • de permettre l'utilisation d'un fil résistifs moins performant (variation de résistance) par création d'équipotentielles intermédiaires DESCRIPTION DES DESSINS La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent, ressortiront mieux des exemples de réalisation qui suivent, donnés à titre indicatif et non limitatif à l'appui des figures annexées. L'épaisseur des traits de dessin n'est pas représentative de celle des fils utilisés. Leur distinction (épaisseur, pointillés...) permet simplement une meilleure différenciation des fils pour la compréhension des graphiques. De plus, les pointillés ne sont pas à confondre avec une quelconque armure (laissé/pris ou dessus dessous). Au-delà des types d'armure décrite, l'invention est applicable avec de nombreuses armures choisies en fonction des propriétés recherchées. Les figures 1 et 2 représentent deux méthodes connues de réalisation de surface souple chauffante : • Matériau composé de plusieurs couches assemblées par matelassage pour les couvertures chauffantes par exemple, dans lequel est introduit un fil ou un câble résistif. La diffusion de chaleur n'est pas homogène sur toute la surface et le matériau perd ses qualités textiles de souplesse et d'éventuelle élasticité. • Matériau composé de fils résistifs 202 introduits dans l'armure ou recouvert d'une enduction résistive, mais nécessitant un mode de connexion en surface apporté à ce matériau sous forme de fil, de tresse ou barre de connexion 203, (couture, replis, pince...) pour obtenir une répartition de l'intensité électrique. • Une variante peut consister à faire une connexion ponctuelle (par exemple avec un bouton pression) si des fils résistifs sont aussi introduits en trame ou dans un tricot, comme présenté en figure 2bis, mais on comprend bien alors que l'intensité électrique ne se répartit pas de façon égale et que l'on n'obtiendra pas un résultat thermographique homogène. La figure 3 est une représentation schématique de l'invention. Il s'agit d'une structure tissée traditionnelle, dans laquelle on retrouve des fils de chaîne 301 et des fils de trame 302 disposés de manière perpendiculaire les uns par rapport aux autres. Une armure de toile simple est ici réalisée, mais ce principe est applicable avec une armure plus complexe de type twill, satin ou jacquard, cette liste étant non limitative. Le fil de trame très conducteur 304 est inséré dans l'armure du tissu. Il connecte les fils résistifs 303 et permet de réaliser le branchement à la source d'énergie simplement aux deux extrémités du tissu. On garde ainsi la souplesse et l'extensibilité propre au textile. La figure 3 bis illustre une variante avec des fils de trame conducteur 304 disposés à une certaine fréquence pour assurer une répartition intermédiaire d'intensité électrique ou donner une flexibilité de confection du textile. La figure 4 illustre un principe identique, mais appliqué perpendiculairement en installant les fils résistifs 403 en trame et les fils hautement conducteurs 404 en lisière du textile. Une variante peut être réalisée avec des fils de chaîne très conducteurs disposés à une certaine fréquence de la même façon pour assurer une flexibilité d'utilisation à la découpe. Cette fois-ci, on garde l'extensibilité dans le sens trame. Ces deux dispositions peuvent également être combinées avec des fils résistifs en chaîne et en trame simultanément. La figure 5 est une représentation schématique d'une structure tricotée simple de type chaînette tramée, dans laquelle on retrouve des fils dans le sens chaîne 501 et 503 et d'autres dans le sens trame 502 et 504. Le fil 504 est un fil très conducteur type cuivre, relié à l'alimentation, qui assure l'arrivée du courant sur les fils résistifs 503 qui émettront la chaleur par effet Joule. Les fils 502 sont des fils insérés en trame qui peuvent être de plusieurs natures selon leur fonction : ils servent de remplissage (type PES ou PP par exemple), ou encore à apporter des propriétés mécaniques (type aramide). La figure 5bis met en évidence la qualité du contact réalisé entre le fil conducteur et le fil chauffant qui est pris en maille et donc serré contre le fil résistif offrant une très bonne connexion. Notons que d'autres combinaisons sont possibles. En effet, on peut envisager de réaliser la chaînette avec un fil résistif par exemple. Le choix des fils est laissé à l'utilisateur selon les fonctionnalités recherchées et l'optimisation économique de la réalisation. La figure 6 présente une structure tricotée qui se différencie de la figure 5 par le fait que le fil résistif n'est pas inséré en chaînette mais est une trame partielle. On retrouve donc les fils de chaîne 601 et de trame 602 qui forment la matrice. Le fil 603 à forte résistivité qui amène le pouvoir chauffant, constitue une trame partielle, Cette armure permet aussi de mettre le fil conducteur en chaîne aux extrémités du tissu ou selon un pas répétitif (fig 6bis). En effet cette disposition permet aussi par le fil conducteur beaucoup moins résistant d'avoir une très bonne répartition de l'intensité dans les fils résistifs qui forment eux-mêmes un réseau homogène en résistance selon le sens trame. Le fil résistif 603 peut ainsi former des bandes chauffantes à travers le textile (figure 6 ter). Enfin, le fil de conduction 604 reliant la source aux résistances est inséré en trame. Il peut être inséré soit aux extrémités du textile, soit de manière régulière à travers le tissu facilitant ainsi sa découpe. Il est à noter que la passe du fil 603 n'est qu'un exemple et que beaucoup d'autres possibilités sont à entrevoir. La figure 7 présente une structure tissée ou un tricot double fonture. Il peut s'agir d'un � tissu poche � ou de toute autre armure double fonture. On crée ainsi un volume dans le tissu, dans lequel on peut introduire la matière à chauffer, comme par exemple des tuyaux ou des canalisations. Tout type d'armure est envisageable s'il respecte les conditions imposées par une structure � tissu poche � ou double fonture. Dans l'exemple donné, le fil 701 correspond au fil de connectique que l'on a placé aux extrémités, relié par des fils chauffants 702 le tout maintenu dans l'armure (ou maintenu par liage) par le fil 703. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION : L'invention consiste à intégrer des fils très conducteurs dans une armature textile chauffante, composée de fils chauffants (d'une certaine résistance électrique) et éventuellement aussi de fils électriquement isolants. L'insertion des fils conducteurs dans l'armure même du textile permet une répartition parfaite de la diffusion de chaleur par répartition très uniforme de l'intensité électrique qui circule dans les différentes parties du textile. Les liaisons textiles de l'armure permettent à la fois un contact électrique de très bonne qualité et la conservation des caractéristiques propres au matériau souple. Les exemples donnés ci-après ne sont pas limitatifs mais ont pour but de mieux identifier les possibilités offertes par cette nouvelle technique. On note dans l'objet inventé la présence de deux ou trois types de fils : 1. les fils conducteurs appelés aussi � fils de connexion �, qui sont les fils reliant la source d'énergie aux fils résistifs chauffants. Ces fils sont en général en métal conducteur de type cuivre, argent ou tout autre métal ou alliage très conducteur, par exemple le Monel�. Ce sont des fils métalliques mono ou multifilaments ou des fils guipés dont l'un des constituants est métallique (par exemple : un guipage d'argent sur une âme en caoutchouc pour des propriétés à la fois élastiques et conductrices). 2. les fils chauffants, qui sont des fils de résistivité suffisamment importante pour produire une élévation de température sensible par effet Joule. Ces fils peuvent être, par exemple, en polymère (polyamide, polyester...) intégrant:, recouvert ou enduit par un procédé quelconque (guipage, enduction ou tout autre procédé) d'une partie de l'ordre du �m d'épaisseur, de métal conducteur (argent, inox, cuivre...). Ces fils peuvent être aussi des fils issus d'un mélange particulier (par exemple d'acier et d' inox). 3. Enfin éventuellement, les fils de liage ou � remplissage �, sont des fils qui peuvent être hétérogènes. On choisira soit des fils pour leur faible coût (polyester ou autre), soit des fils pour leur touché (coton, soie), ou encore pour leurs propriétés mécaniques (aramides), ou encore pour leur propriétés fongicides et anti-bactériennes. On pourra aussi utiliser des fils électriquement peu conducteurs et thermiquement conducteurs afin de permettre un meilleur transfert de chaleur (par exemple des fils Polyamide Argent). Le choix de ces fils de liage ou remplissage dépend des autres fonctionnalités (hors fonction chauffage) recherchées pour l'application finale. Le choix reste libre, la seule condition imposée est qu'ils soient faiblement conducteur électrique sinon ils doivent être analysé en fils résistifs dans le système. 7 Les différentes structures décrites à la suite sont donc caractérisées par le fait que les 3 types de fils font partie intégrante de l'armature de la surface textile. Ni les fils conducteurs, ni les fils chauffants ne sont rajoutés à la surface du textile ; ils n'ont donc pas besoin d'être fixés d'une quelconque manière (thermofixation, couture, repliement, collage ou autres). Cela évite toute perte de souplesse du textile. Cela évite également un coût et un temps de fabrication supplémentaires. L'invention est un textile, qui peut être obtenu sur différents types de machines textiles. L'armure peut être très simple (toile, satin) comme très complexe (tissu jacquard ou même tissu double fonture par exemple de type poche dans le but d'utiliser la fonction dessin ou poche pour le chauffage de la matière. Les fils conducteurs sont impérativement intégrés dans l'armure. Leur résistance se situera principalement entre 0,01 Ohm et 100 Ohms par mètre linéaire. La résistance de ces fils sera environ 10 à 10000 fois plus faible que celle des fils chauffants de façon à assurer une très bonne répartition de l'intensité électrique dans l'ensemble de la structure textile par les fils chauffants. Les fils chauffants forment avec éventuellement les fils de liage, l'essentiel de l'armure souhaitée. Leur résistance se situera principalement entre 50 Ohms et 20 000 Ohms par mètre linéaire. Les fils de remplissage ou de liage assurent le complément de l'armure pour jouer simplement une fonction de remplissage ou apportent d'autres caractéristiques fonctionnelles. Ces fils de remplissage peuvent aussi être choisis pour leur conductivité thermique (par exemple polyamide argent) pour favoriser une diffusion de chaleur parfaite dans l'ensemble du tissu. L'insertion du fil conducteur au contact des fils chauffants, dépendant du type d'armure employé, permet dans tous les cas de favoriser un bon contact entre ces deux fils, ce qui diminue les résistances de contact, diminue le risque de points chauds, et favorise l'homogénéité de la chauffe. Cette qualité de contact assure l'uniformité de répartition de l'intensité dans les fils chauffants qui étant parallèles, de longueur et donc de résistance équivalente se comportent comme des résistances mise en parallèle. La résistance des fils conducteurs est négligeable par rapport à celle des fils chauffants. Dans le cas du tissage, le fil de connectique est inséré dans l'armure : soit en trame, soit en chaîne, soit les deux directions. Cette insertion peut être faite soit avec un intervalle qui 2922405 j correspond aux extrémités de la pièce finale qui sera obtenue ensuite par découpe du tissu, soit avec un pas sous-multiple de la dimension finale de cette pièce. Dans ce dernier cas, on obtient un textile dont la découpe sera d'autant plus flexible et sans perte de matière à la découpe que le pas sera faible. L'insertion régulière dans le tissu 5 favorise également l'homogénéité de la chauffe par une meilleure répartition du courant électrique diminuant encore ainsi les points de surchauffe. Une autre possibilité est d'insérer les fils de connectique dans les lisières du tissu par exemple pour les pièces chauffantes de grande dimension de type couverture chauffante ou 10 zone de réchauffage au sol (piste d'atterrissage ou chemin d'accès). Ils sont alors reliés aux fils chauffants et aux fils de base, permettant ainsi la chauffe du tissu, mais les fils de connectique n'étant pas présents au centre de la surface textile, on gagne encore en souplesse sur le tissu. La structure chauffante peut aussi être issue de la technologie à mailles jetées type 15 Rachel ou sur métier crochet. Dans cette technologie, les possibilités sont encore plus importantes : Parmi toutes les possibilités d'armure à mailles jetées, on peut citer les exemples suivants : 20 - un tricot dont le fil de maillage est un fil chauffant. Le fil de chaînette est un fil de remplissage remplacé en lisière de pièce ou avec un pas sous-multiple de la pièce à réaliser par un fil très conducteur - une chaînette tramée faite d'un fil de liage (avec des propriétés spécifiques éventuelles) reliant le fil de connexion (inséré en chaînette), au fil chauffant (inséré dans le sens 25 chaîne), ou inversement. - une chaînette tramée où le fil de liage est le fil chauffant et où un fil de remplissage non conducteur est inséré en trame alternativement avec un fil conducteur à une certaine fréquence on peut aussi envisager que le fil inséré en trame soit une trame partielle. 30 on peut envisager d'insérer une ou plusieurs couches de textile (tissé, tricot, non tissé ou film) sur laquelle on dépose les fils de connectique et chauffants, et par dessus lesquels on tricote, assemblant ainsi les fils du système chauffant à un matériau souple déjà existant. Ce type de montage sera réalisé sur une machine de type Rachel avec insertion de � fleece �. Le matériau obtenu forme ainsi un multicouche apportant 35 plusieurs fonctionnalités par exemple une résistance aux impacts (gilets pare-balles ou autre...), résistance au poinçonnement ou filtration d'un géotextile, étanchéité à l'eau, réverbération thermique ou encore simplement diffusion homogène de la chaleur. - on peut travailler aussi en double fonture. L'intérêt est alors de pouvoir chauffer la matière, par exemple un câble ou un conduit, de manière isolée des autres et avec une plus grande surface de contact, le textile entourant l'objet à chauffer. Dans les deux cas du tissage et du tricotage, on peut jouer sur la répartition plus ou moins répétitive du fil chauffant et du fil de connectique au niveau de l'armure. Au niveau de la surface textile, on peut aussi jouer sur la présence continue ou répétée à intervalles réguliers de bandes de fils chauffants. Ceci nous permet, lors de la fabrication du tissu, d'orienter le textile vers un chauffage homogène, par bandes pré positionnées afin de définir les zones de chauffe. REVENDICATIONS : 1. Structure textile chauffante caractérisée en ce que les fils chauffants résistifs, assurant un dégagement de chaleur par effet Joule, sont reliés entre eux, en chaîne, en trame ou en lisière par un ou plusieurs fils conducteurs de résistance très significativement plus faible, intégrés dans l'armure elle-même du tissu au moment de la fabrication et sans perte de souplesse significative du textile. 2. Structure textile chauffant selon la revendication 1, caractérisé en, ce que le fil conducteur est introduit aux extrémités ou selon un pas répétitif, de manière régulière ou non en chaîne ou en trame. 3. Structure textile chauffant selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est réalisée en technologie tissage ou en technologie maille jetée de type chaîne ou Rachel ou sur métier crochets. 4. Structure textile chauffante selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est constitué de fils chauffants résistifs et mis en contact dans l'armure du tissu au moment de la fabrication du tissu à des fils conducteurs également constitutifs de l'armure dont la résistance linéaire est significativement plus faible que celle de la surface chauffante dans une proportion au moins supérieure à 10. 5. Structure textile chauffante selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle intègre également des fils de remplissage typiquement constitués de polyester, de coton, de polyamides pour assurer une autre fonction typiquement une résistance mécanique ou un caractère non feu par exemple. 6. Structure textile chauffante selon la revendication 5, caractérisée en ce que les fils de remplissage sont des fils sélectionnés pour leur bonne conduction de la chaleur (fil de polyamide/Ag par exemple). Ces fils, alors également faiblement conducteur, apporte une garantie d'homogénéité de chauffe 7. Structure textile chauffante selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est associée par la technologie Rachel � fleece � à une couche d'un matériau souple par exemple tissé, tricoté, non-tissé ou d'un film. Le matériau obtenu forme ainsi un multicouche apportant plusieurs fonctionnalités et des propriétés améliorées. 1140 8. Structure textile chauffante selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle est basée sur toute armure plus ou moins complexe en tissage ou tricotage nécessaire aux propriétés recherchées par ailleurs. La surface textile peut par exemple être réalisée en double fonture permettant de réaliser des textiles 3D, donnant 5 directement une enveloppe de chauffe.