Brevet FR2928779A1 — publié le 20090918

MATERIAU ABSORBANT DES ONDES ELECTROMAGNETIQUES ET STRUCTURE UTILISANT UN TEL MATERIAU La présente invention concerne un matériau absorbant les ondes électromagnétiques et en particulier les ondes de fréquence comprise entre 8 et 12 Gigahertz (bande X). L'invention a également pour objet la réalisation d'une structure absorbante utilisant un tel matériau. On connaît des structures absorbantes du type ferrites qui ont le défaut d'être très lourdes, de l'ordre de 6 à 7 kg/m2. Cette forte densité n'est pas admissible dans la plupart des applications aéronautiques et spatiales ( avions furtifs, suppression des interférences dans les émissions de satellites), où la plus grande légèreté est recherchée. Il a été suggéré, en particulier par A. FELDBLUM dans J. POLY. SCI. 19 (1981) 173, de rechercher, dans le domaine des polymères conducteurs, moins denses que les ferrites, un matériau susceptible de présenter des possibilités d'absorption des ondes électromagnétiques. Mais, à ce jour, malgré plusieurs travaux intéressants, aucun matériau absorbant n'a été défini avec précision et en particulier, aucune structure utilisable n'a été décrite, à notre connaissance, dans les brevets. Un but de la présente invention est de définir une composition à base de polymère conducteur absorbante des rayonnements électromagnétiques, en particulier dans le domaine de la bande X. Un autre but de l'invention est de définir un procédé de mise en oeuvre du produit en particulier pour la réalisation de structures en forme de plaques légères, un objectif étant par exemple d'atteindre une fourchette de 1 à 2 kg/m2. L'invention a pour objet un matériau à base de polymère conducteur pour l'absorption d'ondes électromagnétiques, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un mélange de 10 à 30 % en volume de polyaniline 10 15 20 25 30 2928779 -2 conductrice et de 70 à 90 % en volume d'un mélange de polyéthylène et d'EPDM. Avantageusement, la proportion de polyéthylène dans le mélange polyéthylène/EPDM est comprise entre 60 et 95 % en volume. De préférence, le matériau est réalisé sous forme de plaque à partir d'un mélange de polyaniline conductrice de granulométrie moyenne comprise entre 3 et 10 microns et de polyéthylène/EPDM ayant une granulométrie moyenne après broyage inférieure à 100 microns, le mélange ayant été effectué au turbula, le mélange étant chauffé à une température voisine de 200 degrés Celsius puis comprimée à une pression voisine de 200 à 300 bars. Une structure absorbante est réalisée en plaçant successivement, sur la pièce métallique à protéger des ondes électromagnétiques, 1 à 2 feuilles d'épaisseur voisine de 0,5 mm d'un matériau ayant des propriétés diélectriques voisines de celles du mélange polyéthylène/EPDM à 60-95 % en volume de polyéthylène, et 1 couche d'épaisseur voisine de 1,5 mm du matériau absorbant de l'invention. L'invention est précisée par les explications données ci-après relatives à l'élaboration du matériau de l'invention et à la réalisation d'un mode préféré de sa mise en oeuvre dans une structure absorbante. On se référera au dessin annexé dans lequel: - la figure 1 est un diagramme de la granulométrie du noir d'aniline obtenu après la première étape de fabrication de la polyaniline, - la figure 2 est une vue partielle en coupe transversale d'une structure absorbante selon un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 3 est une vue en coupe transversale d'une structure absorbante selon une variante, 35 5 15 20 25 30 35 2928779 -3 Selon une caractéristique de l'invention, le matériau absorbant contient de la polyaniline, dont un mode d'obtention connu est rappelé ci-après. Dans un bac de 50 litres, on introduit 15,5 litres d'eau distillée, 5 litres d'acide chlorhydrique concentré (37%), puis lentement 1,5 litres d'aniline. Le mélange est refroidi aux environs de - 5°C. On oxyde l'aniline par introduction de peroxodisulfate d'ammonium (NH4)2 S2 08, soit encore 3,75 kg dans 9 litres d'eau. L'addition est faite lentement de sorte que le temps total de réaction soit voisin de 15 heures. Cette réaction produit un précipité de noir d'aniline dont la distribution granulométrique est typiquement concentrée sur 5 microns (Voir la figure 1 dans laquelle d désigne le diamètre des particules de noir d'aniline). Ce noir d'aniline se présente sous forme de sel, en poudre. Cette poudre est successivement lavée avec de l'eau distillée, puis avec des solutions d'acide chlorhydrique entre 2 et 4 M. Cette poudre est ensuite essorée, puis séchée sous azote avec pour traitement complémentaire un stockage de longue durée ( environ 15 jours) en présence de silica-gel. Le produit se présente alors sous forme de chlorhydrate. Le rendement de la réaction excède 80%. On peut avantageusement faire subir au produit obtenu un traitement supplémentaire afin de supprimer les dernières traces de benzidine formée au cours de la réaction. Il consiste en un rinçage à l'eau suivi d'une neutralisation par l'ammoniac et d'une extraction en phase vapeur au moyen d'alcool. Le produit obtenu est alors constitué de polyaniline neutre connue aussi sous le nom de polyéméraldine. Pour rendre conductrice cette polyaniline, elle est "dopée", par exemple par lavage à l'acide chlorhydrique, suivi d'un séchage. Pour constituer le matériau absorbant de l'invention, on réalise un mélange de polyéthylène et 5 10 20 25 30 35 -4 d'EPDM, dimère de base éthylène-propylène. On choisit une proportion de 60 à 95 % en volume, de préférence 80%, de polyéthylène et par suite, de 40 à 5 % en volume d'EPDM. On broie ce mélange de manière à obtenir une poudre de granulométrie inférieure à 100 microns. Le mélange polyéthylène-EPDM est alors mélangé à la polyaniline dans une proportion de 15 à 30 % en volume de polyaniline. Le processus de mélange est choisi de manière à obtenir les valeurs des coefficients diélectriques les meilleurs pour les applications considérées, soit permittivité importante, fortes pertes diélectriques, etc.. La Demanderesse a observé que la meilleure technique de mélange est d'utiliser un mélange au turbula. Le mélange des poudres étant effectué, on place le produit dans un moule par exemple circulaire et comprenant deux plateaux; on chauffe l'ensemble à une température voisine de 2000C. Une pression de l'ordre de 200 bars est appliquée pendant 3 minutes; on refroidit alors le produit en appliquant une pression de l'ordre de 300 bars. On obtient ainsi typiquement une plaque de 250 millimètres de diamètre et de 1,5 millimètres d'épaisseur. Le produit est bien plus léger que les produits connus puisqu'il n'atteint que 1 à 2 kg par mètre carré. Les figures 2 et 3 illustrent deux modes de réalisation d'une structure absorbante mettant en oeuvre le produit précité. La figure 2 est une vue en coupe par un plan normal à la surface métallique 10 à protéger. On place sur cette surface deux feuilles 11 et 12 de polyéthylène/EPDM tel que défini plus haut, chacune ayant une épaisseur comprise entre 0,1 et 1 millimètre; on peut remplacer le polyéthylène/EPDM par tout matériau ayant des propriétés diélectriques voisines. La structure absorbante est complétée par une couche de polyaniline dopée telle que 10 15 20 -5 2928779 définie plus haut, d'épaisseur comprise entre 1 et 2 millimètres. La figure 3 est une variante de réalisation qui ne comporte qu'une seule feuille de polyéthylène/EPDM ou équivalent. Une structure comme celles illustrées dans les figures 1 et 2 est particulièrement efficace pour absorber les ondes électromagnétiques OEM qui tombent normalement à la surface. La figure 4 est un diagramme qui montre les variations du coefficient de réflexion CR (en dB) en fonction de la fréquence f (en GHz) de l'onde électromagnétique reçue normalement à la structure, pour une structure de l'art antérieur ( courbe AA) et pour une structure selon l'invention (courbe INV). On voit que les résultats sont aussi bons pour la structure de l'invention qui, par ailleurs, est environ trois fois moins dense que celle de l'art antérieur. L'invention s'applique à la réalisation de structures absorbantes des ondes électromagnétiques, en particulier dans les domaines de l'aéronautique et de l'espace. 25 30 35 5 15 20 25 REVENDICATIONS 1/ Matériau à base de polymère conducteur pour l'absorption d'ondes électromagnétiques, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un mélange de 10 à 30 % en volume de polyaniline conductrice et de 70 à 90 % en volume d'un mélange de polyéthylène et d'EPDM. 2/ Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce que la proportion de polyéthylène dans le mélange polyéthylène/EPDM est comprise entre 60 et 95 % en volume. 3/ Matériau selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce qu'il est réalisé sous forme de plaque, à partir d'un mélange de polyaniline conductrice de granulométrie moyenne comprise entre 3 et 10 microns et de polyéthylène/EPDM ayant une granulométrie moyenne après broyage inférieure à 100 microns, le mélange ayant été effectué au turbula, le mélange étant chauffé à une température voisine de 200 degrés Celsius puis comprimée à une pression voisine de 200 à 300 bars. 4/ Structure absorbante des ondes électromagnétiques caractérisée en ce qu'elle est réalisée en plaçant successivement, sur la pièce métallique à protéger des ondes électromagnétiques, 1 à 2 feuilles d'épaisseur comprise entre 0,1 et 1 mm d'un matériau ayant des propriétés diélectriques voisines de celles du mélange polyéthylène/EPDM à 75-85 % en volume de polyéthylène, et 1 couche d'épaisseur comprise entre 1 et 2 mm du matériau absorbant selon l'une des revendications précédentes. 30 35