Brevet FR3032628A1 — publié le 20160819

PROCÉDÉ DE FABRICATION D'UNE MATIÈRE COMPOSITE CONTENANT UNE MATIÈRE CARBONÉE La présente invention concerne un procédé de fabrication d'une matière composite contenant une matière carbonée, en particulier un procédé d'utilisation d'une force de poussée élevée pour fabriquer une matière composite contenant une matière carbonée. Les nanotubes de carbone ont une structure spéciale et de nombreuses propriétés chimiques et physiques supérieures, telles qu'une conductivité thermique élevée, une conductivité électrique élevée, une résistance élevée et un poids léger. Par conséquent, l'application de nanotubes de carbone se développe de façon prospère, notamment la matière composite intégrant un substrat avec des nanotubes de carbone pour ajouter des propriétés supérieures de nanotubes de carbone au substrat. Par exemple, les matières composites intégrant des matières métalliques, des matières plastiques, des éléments semi- conducteurs ou des fibres textiles avec des nanotubes de carbone ont été étudiées de façon approfondie et largement utilisées. Par conséquent, les matières composites contenant des nanotubes de carbone plus importantes. Le brevet taïwanais deviennent de plus en numéro 1448424 divulgue un procédé de fabrication d'une matière composite à base de nanotubes de carbone, qui comprend les étapes consistant à : dissoudre du poly(fluorure de vinylidène) (PVDF) dans un premier solvant pour former une solution de PVDF ; se procurer une poudre de nanotubes de carbone, et disperser la poudre de nanotubes de carbone dans la solution de PVDF pour former un premier suspensoïde ; transférer le premier suspensoïde dans un second solvant pour séparer le PVDF du 3032628 2 premier solvant et amener une partie du PVDF à se combiner avec la surface de nanotubes de carbone de façon à former un second suspensoïde ; filtrer le second suspensoïde pour obtenir un produit intermédiaire ; cuire le produit 5 intermédiaire pour former un composite à base de nanotubes de carbone. Dans la fabrication d'un composite à base de nanotubes de carbone, il est indispensable pour les propriétés et la qualité de la matière composite à base de 10 nanotubes de carbone de distribuer uniformément les nanotubes de carbone dans le substrat. Dans les technologies classiques de fabrication de matières composites à base de nanotubes de carbone, les procédés de mélange peuvent être classés en un type humide (par exemple 15 celui utilisé par l'état antérieur de la technique décrit ci-dessus) et un type sec. Le procédé de mélange de type humide utilise un liquide comme milieu et utilise une force mécanique pour mélanger les nanotubes de carbone avec un substrat ou une autre matière. Le procédé de mélange de 20 type sec mélange directement les nanotubes de carbone avec un substrat ou une autre matière dans un état sec. Cependant, il y a toujours une possibilité de mélange irrégulier quel que soit le type de procédé de mélange qui est utilisé. 25 Un objectif de la présente invention est de résoudre le problème que les procédés classiques de fabrication d'une matière composite contenant une matière carbonée ne permettent pas de disperser de façon uniforme des nanotubes de carbone dans une matière composite. 30 Pour atteindre l'objectif mentionné ci-dessus, il est proposé, selon la présente invention, un procédé de fabrication d'une matière composite contenant une matière 3032628 3 carbonée, qui est caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes consistant à : - préparer une dispersion contenant une matière carbonée ; 5 - placer un substrat dans la dispersion contenant la matière carbonée et laisser une surface du substrat en contact avec la dispersion contenant la matière carbonée ; - appliquer une plage de force de poussée élevée entre 10 300 G et 3000 G à la dispersion contenant la matière carbonée pour pousser la dispersion contenant la matière carbonée et amener la matière carbonée pénétrer dans le substrat pour former une matière composite contenant la matière carbonée. 15 Par la force de poussée élevée, la matière carbonée dans la dispersion contenant la matière carbonée est entraînée dans le substrat pour former une matière composite contenant la matière carbonée, la matière carbonée étant uniformément distribuée dans le substrat. 20 La dispersion contenant la matière carbonée peut être obtenue par mélange de la matière carbonée, d'un tensio-actif et d'un solvant aqueux pour former la dispersion contenant la matière carbonée. La dispersion contenant la matière carbonée peut 25 être obtenue par acidification de la matière carbonée pour former une matière carbonée acidifiée dans un procédé d'acidification ; et mélange de la matière carbonée acidifiée avec un solvant aqueux pour former la dispersion contenant la matière carbonée. 30 La matière carbonée peut être choisie dans le groupe consistant en nanotubes de carbone, graphène, fullerène et nanorubans. 3032628 4 Le tensio-actif peut être la carboxyméthyl cellulose d'ammonium ou la carboxyméthyl cellulose sodique. Le substrat peut être fait d'une matière métallique choisie dans un groupe consistant en aluminium, 5 cuivre, titane, étain, zinc et plomb. Le substrat peut être fait d'une matière polymère choisie dans un groupe consistant en polyéthylène (PE), polystyrène (PS), polypropylène (PP), polycarbonate (PC), nylon, époxy, silicone et matières plastiques exemptes de 10 solvant. Le pourcentage en poids de la matière carbonée dans la dispersion contenant la matière carbonée peut être 0,1 % en poids - 10 % en poids. Le pourcentage en poids de la matière carbonée 15 acidifiée dans la dispersion contenant la matière carbonée peut être 0,1 % en poids - 10 % en poids. Le pourcentage en poids du tensio-actif dans la dispersion contenant la matière carbonée peut être 0,01 % en poids - 10 % en poids. 20 Pour mieux illustrer le procédé selon la présente invention, on va en décrire ci-après, à titre indicatif et non limitatif, plusieurs modes de réalisation particuliers avec référence au dessin annexé. 25 Sur ce dessin : - la Figure 1A est un diagramme montrant schématiquement une étape du procédé selon un mode de réalisation de la présente invention ; 30 - la Figure 1B est un diagramme montrant schématiquement une autre étape du procédé selon un mode de réalisation de la présente invention ; 3032628 5 - la Figure 1C est un diagramme montrant schématiquement une autre étape du procédé selon un mode de réalisation de la présente invention ; - la Figure 2A est un premier diagramme montrant 5 schématiquement un procédé de fabrication d'une dispersion contenant une matière carbonée selon un mode de réalisation de la présente invention ; - la Figure 2B est un second diagramme montrant schématiquement un procédé de fabrication d'une 10 dispersion contenant une matière carbonée selon un mode de réalisation de la présente invention ; - la Figure 3A est un premier diagramme montrant schématiquement un procédé de fabrication d'une dispersion contenant une matière carbonée selon un autre 15 mode de réalisation de la présente invention ; et - la Figure 3B est un second diagramme montrant schématiquement un procédé de fabrication d'une dispersion contenant une matière carbonée selon un autre mode de réalisation de la présente invention. 20 La présente invention divulgue un procédé utilisant une force de poussée élevée pour fabriquer une matière composite contenant une matière carbonée. On se référera aux diagrammes de la Figure 1A, de 25 la Figure 1B et de la Figure 1C montrant schématiquement les étapes du procédé selon un mode de réalisation de la présente invention. Comme représenté à la Figure 1A, on prépare une dispersion 20 contenant une matière carbonée 10. La matière 30 carbonée 10 est choisie dans un groupe consistant en nanotubes de carbone, graphène, fullerène et nanorubans. Comme représenté à la Figure 1B, on place un substrat 30 dans la dispersion 20 contenant la matière 3032628 6 carbonée, et on laisse une surface du substrat 30 en contact avec la dispersion 20 contenant la matière carbonée. Le substrat 30 est fait d'une matière métallique, d'une matière polymère ou d'une matière céramique. La 5 matière métallique est choisie dans un groupe consistant en aluminium, cuivre, titane, étain, zinc et plomb. La matière polymère est choisie dans un groupe consistant en polyéthylène (PE), polystyrène (PS), polypropylène (PP), polycarbonate (PC), nylon, époxy, silicone et matières 10 plastiques exemptes de solvant. Puis, comme représenté à la Figure 1C, on applique une force de poussée élevée à la dispersion 20 contenant la matière carbonée pour pousser la dispersion 20 contenant la matière carbonée et amener la matière 15 carbonée 10 à pénétrer dans le substrat 30 pour former une matière composite 40 contenant la matière carbonée 10. Dans un mode de réalisation, la matière carbonée 10 se trouve sous la forme d'une dispersion. Dans des modes de réalisation, le substrat 30 se trouve sous la 20 forme d'une poudre, de grains, d'un colloïde ou d'une matière massique. Après que la matière composite 40 est obtenue, le procédé de la présente invention peut de plus utiliser une étape de façonnage pour transformer la matière composite 40 en un corps façonné selon les exigences. En 25 fonction des types et de la combinaison des matières, l'étape de façonnage peut être une étape de frittage, de pressage isostatique à chaud, de thermodurcissage, de moulage par injection, de fusion, de coulée, de pulvérisation ou de sérigraphie. Le corps façonné peut 30 être, mais sans y être limité, un corps massique, un film mince ou un film épais. Par exemple, la dispersion 20 contenant la matière carbonée est une dispersion de nanotubes de carbone ; le substrat 30 est une matière 3032628 7 massique faite de l'une des matières métalliques mentionnées ci-dessus ; la matière composite 40 est fondue pour obtenir le corps façonné. Comme autre exemple, la dispersion 20 contenant la matière carbonée est une 5 dispersion de graphène ; le substrat 30 consiste en des grains faits de l'une des matières polymères mentionnées ci-dessus ; la matière composite 40 est moulée par injection afin d'obtenir le corps façonné. Dans la présente invention, la force de poussée 10 élevée se situe dans une plage entre 300 G et 3000 G, où G est la constante gravitationnelle (également connue comme constante universelle de gravitation ou constante de Newton). Et la force de poussée élevée est générée par une réaction ou fournie par une machine. La réaction peut être 15 une réaction chimique ou une réaction explosive. Par exemple, la réaction est une réaction explosive générée par l'inflammation d'une matière combustible pour créer une réaction chimique ; la réaction chimique génère une énergie élevée ; l'énergie élevée génère une force de poussée 20 élevée expansant la dispersion 20 contenant la matière carbonée vers l'extérieur à partir du centre de la réaction chimique et amenant la matière carbonée 10 à pénétrer dans le substrat 30. On se référera aux diagrammes de la Figure 2A et 25 de la Figure 2B montrant schématiquement un procédé de fabrication d'une dispersion contenant une matière carbonée selon un mode de réalisation de la présente invention. Dans ce mode de réalisation, la dispersion 20 contenant la matière carbonée est obtenue par mélange de la matière 30 carbonée 10, d'un tensio-actif 50 et d'un solvant aqueux 60. Le tensio-actif 50 amène la matière carbonée 10 à se dissoudre dans le solvant aqueux 60 plus facilement. Le tensio-actif 50 est la carboxyméthyl cellulose d'ammonium 3032628 8 ou la carboxyméthyl cellulose sodique. Le pourcentage en poids de la matière carbonée 10 dans la dispersion 20 contenant la matière carbonée est de préférence de 0,1 % en poids - 10 % en poids. Le pourcentage en poids du tensio- 5 actif 50 dans la dispersion 20 contenant la matière carbonée est de préférence de 0,01 % en poids - 10 % en poids. On se référera aux diagrammes de la Figure 3A et de la Figure 3B montrant schématiquement un procédé de 10 fabrication d'une dispersion contenant une matière carbonée selon un autre mode de réalisation de la présente invention. Dans ce mode de réalisation, la dispersion 20 contenant la matière carbonée est obtenue dans un procédé différent. La matière carbonée 10 est acidifiée pour former 15 une matière carbonée acidifiée 70 dans un procédé d'acidification. La matière carbonée acidifiée 70 est mélangée avec le solvant aqueux 60 pour former la dispersion 20 contenant la matière carbonée. Contrairement au mode de réalisation précédent, la matière carbonée 10 20 peut être dissoute dans le solvant aqueux 60 sans le tensio-actif 50 étant donné que la matière carbonée 10 a été acidifiée en la matière carbonée acidifiée 70 dans le procédé d'acidification. Le pourcentage en poids de la matière carbonée 10 dans la dispersion 20 contenant la 25 matière carbonée est de préférence 0,1 % en poids-10 % en poids. En conclusion, la présente invention est caractérisée en ce qu'elle utilise la force de poussée élevée pour pousser la dispersion contenant la matière 30 carbonée en contact avec la surface du substrat de façon à amener la matière carbonée de la dispersion contenant la matière carbonée dans le substrat et à distribuer de façon uniforme la matière carbonée dans le substrat. 3032628 9 La présente invention a été complètement illustrée par les modes de réalisation. Cependant, ces modes de réalisation sont seulement destinés à exemplifier la présente invention mais n'en limitent pas la portée. 5 Toute modification ou variante équivalente selon l'esprit de la présente invention doit également être incluse dans la portée de la présente invention. REVENDICATIONS1 Procédé de fabrication d'une matière composite contenant une matière carbonée, caractérisé par 5 le fait qu'il comprend les étapes consistant à : - préparer une dispersion (20) contenant une matière carbonée (10) ; - placer un substrat (30) dans la dispersion (20) contenant la matière carbonée (10) et laisser une 10 surface du substrat (30) en contact avec la dispersion (20) contenant la matière carbonée (10) ; - appliquer une plage de force de poussée élevée entre 300 G et 3000 G à la dispersion (20) contenant la matière carbonée (10) pour pousser la dispersion (20) 15 contenant la matière carbonée (10) et amener la matière carbonée (10) à pénétrer dans le substrat (30) pour former une matière composite (40) contenant la matière carbonée (10). 20 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la dispersion (20) contenant la matière carbonée (10) est obtenue par mélange de la matière carbonée (10), d'un tensio-actif (50) et d'un solvant aqueux (60) pour former la dispersion (20) contenant la 25 matière carbonée (10). 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la dispersion (20) contenant la matière carbonée (10) est obtenue par acidification de la matière 30 carbonée (10) pour former une matière carbonée acidifiée (70) dans un procédé d'acidification ; et mélange de la matière carbonée acidifiée (70) avec un solvant aqueux (60) 3032628 11 pour former la dispersion (20) contenant la matière carbonée (10). 4 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé 5 par le fait que la matière carbonée (10) est choisie dans le groupe consistant en nanotubes de carbone, graphène, fullerène et nanorubans. - Procédé selon la revendication 2, caractérisé 10 par le fait que le tensio-actif (50) est la carboxyméthyl cellulose d'ammonium ou la carboxyméthyl cellulose sodique. 6 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le substrat (30) est fait d'une matière 15 métallique choisie dans le groupe consistant en aluminium, cuivre, titane, étain, zinc et plomb. 7 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le substrat (30) est fait d'une matière 20 polymère choisie dans le groupe consistant en polyéthylène (PE), polystyrène (PS), polypropylène (PP), polycarbonate (PC), nylon, époxy, silicone et matières plastiques exemptes de solvant. 25 8 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le pourcentage en poids de la matière carbonée (10) dans la dispersion (20) contenant la matière carbonée (10) est 0,1 % en poids - 10 % en poids. 30 9 - Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que le pourcentage en poids de la matière carbonée acidifiée (70) dans la dispersion (20) contenant 3032628 12 la matière carbonée (10) est 0,1 % en poids - 10 % en poids. Procédé selon la revendication 2, 5 caractérisé par le fait que le pourcentage en poids du tensio-actif (50) dans la dispersion (20) contenant la matière carbonée (10) est 0,01 % en poids - 10 % en poids.