Brevet FR2928778A1 — publié le 20090918

M.ATEFT1'U r SITE SOURT.E OU RIGIDE ABSORBANT LES ONDES ELECTROM c LT1 ?UE.S La présente invention concerne un matériau composite stratifié 5 souple rigide absorbant les ondes électromagnétiques. Elle concerne plus particulièrement un matériau composite stratifié comprenant plusieurs couches superposées de résine ou mousse syntactique. JO Pour diminuer le pouvoir réfléchissant des ondes électromagnétiques d'une structure ou infrastructure, on applique généra-1emeut sur les parois de la structure ou infrastructure un revê-:er'ent absorbant. Ce revêtement peut être constitué par une pein- 15 ture, un vernis, ou un matériau disposé sur la surface de la structure exposée aux ondes électromagnétiques. L'invention concerne uniquement ce dernier type de matériau qui doit, outre ses propriétés d'absorption des ondes électroma- 20 gnétiques, présenter des propriétés de résistance mécanique, de résistance aux agressions extérieures et également avoir une masse volumique relativement faible pour éviter une surcharge de poids de l'infrastructure ou de la structure. Cette dernière caracteris--tique est très importante pour l'utilisation sur des structure' 25 mobiles telles que navires ou véhicules terrestres. 10 15 20 25 30 A cet effet, l'invention propose un matériau composite stratifié léger qui peut être utilisé d'une part comme revêtement d'une paroi d'une structure ou infrastructure, dans une première variante de matériau souple, et d'autre part comme élément pour former une paroi de structure ou infrastructure dans une seconde variante de matériau rigide. Le matériau composite stratifié de l'invention comprend plusieurs couches superposées en un composant absorbant les ondes électromagnétiques, ce composant absorbant contient une matrice constituée par une mousse syntactique et au moins une charge constituée par un matériau électriquement conducteur. Comme charge conductrice convenable pour l'invention on peut citer le carbone, le graphite, les métaux électriquement conducteurs et non magnétiques. Cette charge peut être sous forme de poudre, de fibres ou de microsphères creuses. Avantageusement, la charge conductrice est le carbone. Le matériau ainsi obtenu a une masse volumique très faible, notamment due à l'utilisation d'une mousse syntactique comme matrice et présente des propriétés d'absorption des ondes électromagnétiques pour certaines longueurs d'onde, ces propriétés pouvant être adaptées notamment par le choix de la nature et la teneur des charges, de l'épaisseur de chaque couche de composant absorbant. Ainsi, le composant absorbant précité contient de 0,05 à 60 parties en volume de charges électriquement conductrices pour 100 parties en volume de mousse syntactique, la concentration en charges pouvant être différente ou égale dans chaque couche du matériau composite. 355 Par ailleurs, l'épaisseur des couches de composant absorbant du matériau composite est comprise entre 0,25 mm environ et 2 mm environ. Les couches peuvent avoir des épaisseurs identiques ou différentes. Le matériau composite peut être collé sur une paroi d'une structure ou infrastructure par toute colle adéquate, la colle utilisée connue sous le nom de primaire d'adhésion, doit être compatible avec le matériau composite. Ce matériau sera collé sur la face ex- 10 posée aux ondes électromagnétiques. Le matériau de l'invention, dans un mode de réalisation, peut comprendre une couche constituée en une matière ayant des propriétés réfléchissantes des ondes électromagnétiques, cette couche est si- 15 tuée sur la face du matériau composite qui n'est pas exposée aux ondes électromagnétiques. Cette matière peut être constituée par une résine époxyde contenant des charges telles que fibres de verre ou de carbone. 20 Toutefois cette couche n'est pas nécessaire quand le matériau composite de l'invention est disposé sur une paroi ayant des propriétés réfléchissantes des ondes électromagnétiques. En outre, le matériau composite peut comprendre une couche exté25 rieure de protection contre les agressions mécaniques, chimiques, atmosphériques, par exemple. Cette couche de protection est constituée en une matière ayant des propriétés de transparence totale ou partielle aux ondes électro-30 magnétiques ayant certaines longueurs d'onde. La matière constituant la couche de protection extérieure peut être électriquement conductrice pour permettre un écoulement des charges électrostatiques. 35 10 15 20 25 30 35 Comme matière de protection convenable on peut citer, à titre d'exemple, des peintures, vernis qui contiennent éventuellement des charges de renfort tels que fibres, tissus, par exemple. Dans une première variante de l'invention où le matériau est souple, la mousse syntactique est de préférence constituée par une résine silicone et, avantageusement, une résine silicone réticulable à froid, connue sous l'appelation RTV, chargée avec des microsphères creuses ou microballons en une matière isolante et lé-gère, telle que le verre, les résines phénoliques, de chlorure de polyvinylidène connues sous l'appelation Saran, par exemple. Dans une seconde variante de l'invention, le matériau composite de l'invention est un matériau structural pouvant être utilisé pour la construction de parois de structure ou infrastructure. Ce matériau structural comprend en plus des couches de composant absorbant les ondes électromagnétiques, une ou plusieurs couches de renfort constituées par un tissu, une nappe de fibres, ou un pré-imprégné. Ces couches de renfort sont disposées entre au moins certaines couches de composant absorbant. Les matières constituant ces couches de renforts peuvent être soit électriquement conductrices, soit isolantes selon la nature du matériau composite que l'on désire obtenir. Ainsi dans un matériau composite du type "matériau à gradient" dé-fini dans l'ouvrage "Radar Cross Section Handbook", c'est-à-dire dans lequel les différentes couches de composant absorbant ont une conductivité décroissante depuis la face exposée aux ondes électromagnétiques, les couches de renfort sont soit électriquement isolantes soit ont une conductivité sensiblement égale à celle des couches de composant absorbant adjacentes. Au contraire, dans un matériau composite absorbant du type "multisalisburry" défini dans l'ouvrage cité ci-dessus, les couches de renfort seront avantageusement électriquement conductrices.5 Comme couche de renfort on peut utiliser des tissus ou nappes de fibres constituées par, par exemple des fibres de verre, en polyamide (fibres commercialisées sous la marque "Kevlar") ou en car-bure de silicium (commercialisées sous la marque "Nikalon"). Le composant absorbant utilisé dans cette deuxième variante du matériau composite structural de l'invention est avantageusement une mousse syntactique à base de résines thermodurcissables ou thermoplastiques rigides telles que des résines polyester ou époxyde. 10 Dans cette deuxième variante, les couches de renfort ou charges de renfort structurales peuvent être incorporées directement dans au moins une couche de composant absorbant, et ainsi on obtient un matériau composite structural dont toutes les couches ont un pou- 15 voir absorbant. Bien entendu, il est possible, sans pour cela sortir du cadre de l'invention, de réaliser un matériau composite comprenant des couches de renfort non absorbantes et des couches de composants absorbants contenant une charge de renfort structurale. 20 Ce matériau composite structural peut bien entendu être associé à tout autre matériau de construction pour ainsi former des parois composites. Toutefois, ce matériau sera soit exposé directement aux ondes électromagnétiques, soit disposé après une partie de pa- 25 roi transparente aux ondes électromagnétiques. Le matériau composite de l'invention peut être fabriqué par tous procédés classiques de fabrication des matériaux stratifiés tels que, par exemple, par coulée en couches successives, par laminage. Les exemples ci-dessous, donnés uniquement à titre indicatif et les dessins annexés illustreront plus clairement les buts et caractéristiques de l'invention. 35 Les dessins annexés représentent : 30 - Figure 1 : une vue schématique en coupe d'une première variante du matériau canposite de l'invention, -Figure 2 : une vue schématique en coupe d'une deuxième variante du matériau composite de l'invention, - Figure 3 : un diagramme représentant les caractéristiques électromagnétiques du matériau composite de l'exemple 1, et, - Figure 4 : un diagramme représentant les caractéristiques électromagnétiques du matériau composite de l'exemple 2. Exemple 1 En se référant à la figure 1, le matériau composite stratifié 1 conforme à l'invention est un matériau souple qui peut êre disposé 15 sur une paroi 2 d'une infrastructure ou structure. Ce matériau qui correspond à une première variante de l'invention comprend 6 couches 3a, 3b, 3c, 3d, 3e, 3f, en un composant absorbant les ondes électromagnétiques ayant comme matrice une mousse 20 syntactique à base de résine silicone et de microsphères creuses de verre et comme charge électriquement conductrice, du noir de carbone commercialisé par la Société américaine CABOT sous la dé-nomination X-C-72. 25 Le tableau ci-dessous donne la composition de chaque couche de composant absorbant en partie en volume pour 100 parties en volume de résine. La résine silicone est une résine commercialisée par la Société Rhône-Poulenc sous l'appelation RTV 141 appartenant à la famille de résines commercialisées sous l'appelation RODORSIL. 30 10 35 Couches 3a 3b 3c 3d 3e 3f Microsphères 45 45 45 40 30 10 de verre Noir de 0,58 1,16 2,9 6,38 14,5 34,8 carbone Epaisseur 2 mm 2 mm 2 mm 2 mm 2 mm 2 mm La courbe représentée à la figure 3 montre la réduction de réflec- 15 tivité R par rapport à une surface métallique obtenue avec un tel matériau, dans le domaine des longueurs d'onde comprises entre 6 et 15 GHz. La masse spécifique du matériau est d'environ 600 kg/m3. Il peut 20 être utilisé dans un domaine de température étendu, par exemple entre - 50°C et + 150°C. Le matériau illustré à la figure 1 comprend une couche extérieure 4 de protection constituée par une résine époxyde. Ce matériau est également collé sur la paroi 2 de la structure par un primaire d'adhésion 5 tel que, par exemple, la colle commercialisée par la Société CIBA-GEIGY sous l'appelation REDUX 410 A/B. 30 Exemple 2 Dans une deuxième variante de l'invention illustrée à la figure 2, le matériau composite stratifié absorbant les ondes électroma- gnétiques est appelé également matériau structural car il contient 35 des couches 6a à 6e de renfort constituées par un tissu de fibres 10 25 5 15 20 25 30 35 8 de verre disposé entre chaque couche de composant absorbant 7a à 7f les ondes électromagnétiques. Les couches 7a à 7f de composant absorbant sont constituées par une mousse syntactique et du noir de carbone. La mousse syntactique est commercialisée par la Société HEXCEL sous la dénomination commerciale "REZOMIX 114/L" et comprend une résine époxyde et des microsphéres creuses de verre. Le noir de carbone est celui utilisé dans l'exemple 1. Chaque couche 7a à 7f a une épaisseur de 1 mm et une teneur volumique en noir de carbone égale à celle indiquée respectivement dans le tableau 1 pour les couches 3a à 3f de l'exemple 1. En outre, le matériau composite comprend d'une part une couche 8 extérieure de protection constituée par une résine époxyde chargée en fibres polyamides connues sous la marque fibres "Kevlar", et d'autre part une couche 9 réfléchissante les ondes électromagnétiques constituée par une résine époxyde chargée avec des fibres de carbone. La courbe représentée à la figure 4 montre la réduction de réflectivité R par rapport à une surface métallique, obtenue avec le matériau de l'invention dans le domaine des longueurs d'onde comprises entre 6 et 18 GHz. Le matériau composite structural de l'invention a une masse spécifique de 600 kg/m3 et peut être utilisé dans un domaine de température étendu et notamment entre - 50 °C et + 90 °C. Ce matériau a des propriétés mécaniques suffisantes pour permettre son utilisation comme élément de construction d'une paroi d'une structure ou infrastructure, et peut être utilisé en combinaison 10 9 avec d'autres éléments de construction. Les matériaux canposites absorbant les ondes électromagnétiques de l'invention ont un pouvoir absorbant important et cela pour des angles d'incidence variés des ondes électromagnétiques et notamment pour des angles compris entre 50° et 900 par rapport au plan du matériau. Le nombre de couches, leur épaisseur peuvent être très variés, ainsi que la nature des fibres et résines utilisées pour former les couches de renfort, de protection ou réfléchissantes. 15 Revendications 1. Matériau composite stratifié comprenant plusieurs couches superposées de composant absorbant les ondes électromagnétiques, ca- ractérisé en ce que ledit composant absorbant comprend une matrice constituée par une mousse syntactique, et au moins une charge constituée par un matériau électriquement conducteur. 2. Matériau composite selon la revendication 1, caractérisé en ce que la charge conductrice précitée est choisie dans le groupe comprenant le carbone, le graphite, les métaux électriquement conducteurs et non magnétiques. 3. Matériau composite selon la revendication 2, caractérisé en ce 15 que la charge conductrice précitée est sous forme de poudre, de fibres ou de microsphères creuses. 4. Matériau composite selon la revendication 3, caractérisé en ce que la charge conductrice précitée est le carbone. 5. Matériau composite selon l'une des revendications 1 â 4, caractérisé en ce que le composant absorbant précité contient de 0,05 â 60 parties en volume de charge électriquement conductrice pour 100 parties en volume de mousse syntactique. 25 6. Matériau composite selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la teneur en charge électriquement conductrice dans chaque couche (3,7) est différente. 30 7. Matériau composite selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les couches (3,7) précitées de composant absorbant ont des épaisseurs différentes. 8. Matériau composite selon l'une des revendications précédentes, 35 caractérisé en ce que l'épaisseur de chaque couche précitée (3,7) de composant absorbant est comprise entre 0,25 mm et 2 mm. 10 20 5 10 20 25 30 9. Matériau composite selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une couche (9) ayant des propriétés réfléchissantes des ondes électromagnétiques, située sur la face du matériau non exposée aux ondes électromagnétiques. 10. Matériau composite selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un revêtement extérieur (4,8) protecteur. 11. Matériau composite selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la mousse syntactique précitée est à base de résine silicone. 12. Matériau composite structural selon l'une des revendications 1 à 10 caractérisé en ce qu'il comprend entre au moins certaines couches de composant absorbant, une couche de renfort (6) constituée par un tissu, une nappe de fibres, ou un préimprégné. 13. Matériau composite structural selon l'une des revendications 1 à 10 ou 12 caractérisé en ce que au moins certaines couches de composant absorbant contiennent une charge structurale de renfort. 14. Matériau composite structural selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que la mousse syntactique est à base de résines thermodurcissables ou thermoplastiques rigides telle qu'une résine polyester, ou époxy. 35