Brevet FR3038250A1 — publié le 20170106

Dispositif thermoplastique deformable à basse température La présente invention se rapporte à un dispositif deformable, du type comportant un premier matériau thermoplastique, ledit premier matériau étant sensiblement rigide à une température inférieure à un premier seuil et malléable à une température supérieure audit premier seuil. Les thermoplastiques ayant une basse température de fusion, ou une basse température de transition vitreuse, peuvent être ramollis facilement afin d'être conformés à chaud selon une forme particulière, puis de conserver ladite forme après refroidissement. Un tel matériau thermoplastique est notamment connu du document CN101747598. Cependant, à une température supérieure à leur point de fusion, de tels thermoplastiques prennent généralement une texture visqueuse qui les rend difficiles à manipuler. Le champ d'utilisations de ce type de matériaux s'en trouve limité. La présente invention a pour but de résoudre ce problème. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif deformable du type précité, comprenant une enveloppe externe formée d'au moins un deuxième matériau souple, ladite enveloppe externe définissant un logement interne, le premier matériau remplissant le logement interne. L'au moins un deuxième matériau souple formant l'enveloppe externe est à l'état solide au moins jusqu'à un deuxième seuil de température supérieur 10 °C, géférentiellement de 20 °C, au premier seuil. Suivant d'autres aspects avantageux de l'invention, le dispositif deformable comporte l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniques possibles : - le premier seuil est compris entre 40 °C et 90 °C; - le premier matériau thermoplastique comprend un polymère thermoplastique, préférentiellement choisi parmi une polycaprolactone, un acide polylactique et un polycarbonate. - le premier matériau thermoplastique comprend un agent électriquement et/ou thermiquement conducteur, ledit agent étant préférentiellement constitué de particules de carbone ; - le premier matériau thermoplastique comprend une polycaprolactone et du noir de carbone, un pourcentage massique total de la polycaprolactone et du noir de carbone étant préférentiellement supérieur ou égal à 95%, un pourcentage massique du noir de carbone étant préférentiellement compris entre 10% et 23%, plus préférentiellement entre 15% et 20%; 3038250 2 - l'au moins un deuxième matériau souple est un élastomère, préférentiellement une silicone ; - le logement interne rempli du premier matériau thermoplastique a la forme d'une première couche interposée entre une deuxième et une troisième couches de deuxième 5 matériau souple ; - la première couche est traversée par une pluralité de ponts de deuxième matériau souple, lesdits ponts reliant les deuxième et troisième couches, lesdits ponts étant préférentiellement répartis de manière régulière sur une surface de la première couche ; 10 - le dispositif comprend en outre un appareil électrique au contact du premier matériau thermoplastique, ledit appareil étant apte à communiquer de la chaleur par effet Joule audit premier matériau thermoplastique. L'invention se rapporte en outre à un procédé de fabrication d'un dispositif du type précité, comprenant les étapes suivantes : réalisation d'une première couche du premier 15 matériau thermoplastique ; puis réalisation d'une deuxième couche de deuxième matériau souple ; puis positionnement de la première couche sur la deuxième couche ; puis coulage de deuxième matériau souple à l'état liquide sur les première et deuxième couches pour former la troisième couche, puis solidification dudit deuxième matériau. L'invention se rapporte en outre à un procédé d'utilisation d'un dispositif du type 20 précité, comprenant les étapes suivantes : chauffage du premier matériau thermoplastique pour le faire passer à une température comprise entre le premier seuil et le deuxième seuil ; puis conformation du dispositif selon une forme ; puis refroidissement du premier matériau thermoplastique pour le faire passer à une température inférieure au premier seuil. 25 Préférentiellement, le dispositif comprend un appareil électrique comme décrit précédemment et le chauffage du premier matériau thermoplastique est effectué au moyen dudit appareil électrique. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins sur 30 lesquels : - la figure 1 est une vue schématique, de dessus, d'un dispositif selon un mode de réalisation de l'invention dans une première configuration ; - la figure 2 est une vue partielle, en coupe, du dispositif de la figure 1 dans la première configuration ; et 35 - la figure 3 est une vue partielle, en coupe, du dispositif de la figure 1 dans une deuxième configuration. 3038250 3 Les figures 1 à 3 représentent un dispositif 10 selon un mode de réalisation de l'invention. Dans la suite de la description, on considère une base orthonormée (X, Y, Z), la direction Z étant verticale. Sur les figures 1 et 2, le dispositif 10 est dans une première configuration, 5 sensiblement plane selon un plan (X, Y). Le dispositif 10 a par exemple un contour rectangulaire, avec des bords 12, 14 respectivement parallèles aux directions X et Y. Le dispositif 10 comporte une enveloppe externe 16 qui définit un logement interne 18. Le logement interne 18 est préférentiellement fermé. Dans le mode de réalisation représenté aux figures 1 à 3, le logement interne 18 10 forme une première couche 20 interposée entre une deuxième 22 et une troisième 24 couches de l'enveloppe externe 16. Dans la première configuration des figures 1 et 2, les couches 20, 22, 24 sont planes, sensiblement disposées selon (X, Y) et empilées selon Z. A titre d'exemple, comme représenté sur la figure 2, la première couche 20 a une épaisseur 26 selon Z 15 comprise entre 1 mm et 5 mm ; les deuxième 22 et troisième 24 couches ont une épaisseur 28 sensiblement identique, comprise entre 0,5 mm et 5 mm. Préférentiellement, les dimensions de la première couche 20 selon X et Y sont inférieures aux dimensions des deuxième 22 et troisième 24 couches. Ainsi, à proximité des bords 12, 14, les deuxième 22 et troisième 24 couches sont au contact l'une de 20 l'autre de manière continue, de sorte à fermer le logement interne 18. Préférentiellement, l'enveloppe externe 12 comporte une pluralité de ponts 30 qui traversent la première couche 20 selon Z et relient les deuxième 22 et troisième 24 couches. Le logement interne 18 a ainsi la forme d'un maillage disposé entre les ponts 30. 25 Par exemple, selon le plan de coupe A-A de la figure 3, à l'écart des ponts 30, la première couche 20 est continue selon X. En revanche, selon le plan de coupe B-B de la figure 2, passant par des ponts 30, la première couche 20 est discontinue selon X. Préférentiellement, les ponts 30 sont sensiblement identiques et/ou répartis de manière régulière sur une surface de la première couche 20. A titre d'exemple, comme 30 représenté sur la figure 1, les ponts 30 ont une section circulaire dans un plan (X, Y), les centres desdits cercles étant disposés aux sommets de triangles équilatéraux. En variante, les ponts 30 ont par exemple une section ovale ou polygonale. Le logement interne 18 est rempli d'un premier matériau thermoplastique 40 formant la première couche 20. Le premier matériau 40 est sensiblement rigide à une 35 température inférieure à un premier seuil T. Au-delà du premier seuil Tl, le premier matériau 40 est malléable ou liquide. Le premier seuil Ti est inférieur ou égal à une 3038250 4 température de transition vitreuse et/ou à une éventuelle température de fusion du premier matériau 40. Préférentiellement, le premier seuil Ti est compris entre 40 °C et 90 °C. L'enveloppe externe 12 est formée d'au moins un deuxième matériau 42. Dans la 5 description qui suit, on considère que l'enveloppe externe 12 est formée d'un seul matériau 42 et qu'en particulier les deuxième 22 et troisième 24 couches sont formées d'un même matériau 42. Cependant, selon une variante de réalisation, les deuxième 22 et troisième 24 couches sont formées de deux matériaux distincts, chacun desdits matériaux présentant les propriétés physiques décrites ci-après. 10 A température ambiante, comprise par exemple entre 10°C et 30°C, le deuxième matériau 42 est un solide souple, préférentiellement élastique. Le deuxième matériau 42 demeure à l'état solide au moins jusqu'à un deuxième seuil de température 12, supérieur de 10 °C, préférentiellement de 20 °C, au premier suil T. En d'autres termes, à une température comprise entre Ti et 12, l'enveloppe externe 12 est formée d'un solide souple 15 et renferme un matériau 40 malléable ou liquide dans le logement interne 14. Préférentiellement, le deuxième matériau souple 42 est électriquement isolant. Le deuxième matériau souple 42 est préférentiellement un élastomère, en particulier une silicone. Préférentiellement, un composant principal du premier matériau thermoplastique 20 40 est un polymère thermoplastique. Ledit polymère est préférentiellement choisi parmi une polycaprolactone et un acide polylactique. Plus préférentiellement, le polymère thermoplastique est une polycaprolactone de masse moléculaire moyenne comprise entre 20.000 g. mol-1 et 150.000 g.mo1-1. A titre d'exemple, une température de fusion de la polycaprolactone est d'environ 60 °C. 25 En variante, un composant principal du premier matériau thermoplastique 40 est un polycarbonate, dont une température de fusion est d'environ 140 °C. Dans ce cas, le premier seuil Ti est supérieur à 90 °C. L'enveloppe externe 12 a abrs préférentiellement une épaisseur suffisante pour garder une température de surface permettant sa manipulation, même dans le cas où le premier matériau thermoplastique 40 est à l'état 30 malléable. Préférentiellement, le premier matériau thermoplastique 40 comprend un agent électriquement et/ou thermiquement conducteur. Plus préférentiellement, ledit agent comprend ou est constitué de particules de carbone, telles que le noir de carbone, la poudre de graphite ou les nanotubes de carbones. Alternativement, ledit agent comprend 35 ou est constitué de particules métalliques telles que de la poudre de cuivre. 3038250 5 Selon un mode de réalisation, le premier matériau thermoplastique 40 comprend en outre des charges, ou des additifs tels que des agents de protection aux UV ou à l'oxydation. Préférentiellement, le premier matériau thermoplastique 40 comprend une 5 polycaprolactone et du noir de carbone, un pourcentage massique total de la polycaprolactone et du noir de carbone étant supérieur ou égal à 95% par rapport à la masse totale du premier matériau thermoplastique 40. Plus préférentiellement, un pourcentage massique du noir de carbone est compris entre 10% et 23%, encore plus préférentiellement compris entre 15% et 20%, par rapport à la masse totale du premier 10 matériau thermoplastique 40. Selon un mode de réalisation préférentiel, tel que représenté à la figure 1, le dispositif 10 comprend en outre un appareil électrique 50, apte à transférer de la chaleur par effet Joule audit premier matériau thermoplastique 40. L'appareil électrique 50 comprend par exemple un boîtier de commande 52, ainsi que deux électrodes 54, 56 15 reliées audit boîtier de commande 52. Selon ce mode de réalisation, le premier matériau thermoplastique 40 est choisi électriquement conducteur, de résistivité adaptée pour convertir en chaleur la quantité voulue d'énergie électrique qui le traverse. Préférentiellement, chaque électrode 54, 56 comporte un fil 58, 60 inséré dans la première couche 20 au contact du premier matériau 40. Chaque fil 58, 60 est formé d'un 20 matériau électriquement conducteur, de préférence métallique. Préférentiellement, les fils 58, 60 s'étendent dans la première couche 20 selon deux trajectoires sensiblement parallèles. Dans l'exemple de la figure 1, les fils 58, 60 s'étendent sensiblement selon Y, entre les deux bords 12 du dispositif 10. Plus préférentiellement, une distance 62 selon X entre les deux fils 58, 60 est sensiblement 25 constante sur toute leur longueur, afin d'obtenir une résistance et une diffusion thermique homogènes dans le premier matériau 40. Les fils 58, 60 sont avantageusement disposés le plus près possible des bords 14 parallèles à Y, afin que la chaleur soit diffusée sur une large surface du dispositif 10. Préférentiellement, les fils 58, 60 ont une trajectoire ondulée dans la première 30 couche 20, afin de permettre un étirement du dispositif 10 selon leur direction principale. Dans l'exemple de la figure 1, les fils 58, 60 serpentent entre les ponts 30 de deuxième matériau 42. De préférence, les fils 58, 60 contournent les ponts 30 au lieu de les traverser. Préférentiellement, une première extrémité de chaque fil 58, 60 est reliée au 35 boîtier de commande 52 et une deuxième extrémité est noyée dans la première couche 20. 3038250 6 Préférentiellement, le logement interne 18 présente une section d'aire sensiblement constante entre les deux fils 58, 60. Plus précisément, la première couche 20 présente une section d'aire sensiblement constante selon la direction X entre les deux fils 58, 60. La diffusion thermique par effet Joule est ainsi sensiblement homogène en tout 5 point de la première couche 20 entre lesdits fils 58, 60. Préférentiellement, le boîtier de commande 52 comporte une source d'énergie électrique 62, telle qu'une pile ou une batterie. En variante, le boîtier de commande 52 comporte des moyens de raccordement à une alimentation électrique externe. Préférentiellement, le boîtier de commande 52 comporte en outre un dispositif 10 électronique 64 de régulation de la diffusion d'énergie électrique dans les électrodes 54, 56. Ledit dispositif électronique 64 comporte notamment une carte électronique. Par exemple, le dispositif électronique 64 est apte à réguler la quantité d'énergie diffusée, ou la durée de diffusion. Alternativement, le dispositif électronique 64 est relié à une sonde de température 15 (non représentée) au contact de la première couche 20. Par exemple, le dispositif électronique 64 est apte à cesser la diffusion d'énergie électrique lorsque la température du premier matériau 40, mesurée par ladite sonde, dépasse un troisième seuil 13. Le troisième seuil 13 est par exemple compris entre les premier et deuxième seuils Tl, 12. Un procédé de fabrication du dispositif 10 va maintenant être décrit. Une première 20 couche 20 est réalisée à partir du premier matériau thermoplastique 40. Par exemple, le premier matériau 40, à une température supérieure ou égale à Tl, est conformé sous forme de plaque, notamment par extrusion, par compression, par calendrage ou à l'aide d'un rouleau compresseur. La plaque ainsi formée est ensuite perforée d'ouvertures correspondant aux emplacements des ponts 30. Alternativement la plaque peut être 25 formée directement avec les ouvertures correspondant aux emplacements des ponts 30, par exemple par moulage. Les fils 58, 60 sont ensuite disposés sur la plaque de premier matériau 40. De préférence, les fils sont légèrement enfoncés dans la plaque, le matériau 40 étant dans un état ramolli. Alternativement les fils peuvent être incorporés simultanément à la formation 30 de la plaque. En parallèle, le deuxième matériau 42, par exemple un élastomère à l'état liquide, est coulé dans un moule pour former la deuxième couche 22. Après réticulation partielle de ladite deuxième couche, la première couche 20 est posée par-dessus. Du deuxième matériau 42 à l'état liquide est ensuite coulé dans un moule sur les 35 première 20 et deuxième 22 couches, pour former la troisième couche. Le deuxième matériau 42 remplit alors les ouvertures de la première couche 20, formant les ponts 30. 3038250 7 La réticulation du deuxième matériau 42 au niveau des bords 12, 14 et des ponts 30 solidarise entre elles les deuxième 22 et troisième 24 couches. Alternativement, la première couche 20 est maintenue dans une position appropriée dans un moule et les deuxième 22 et troisième 24 couches sont formées en 5 une fois, par coulage ou injection du deuxième matériau souple 42 dans ledit moule. Selon une variante de réalisation, les deuxième 22 et troisième 24 couches sont formées de deux matériaux distincts, aptes à se souder mécaniquement l'un à l'autre pendant la réticulation, chacun desdits matériaux présentant les propriétés physiques décrites ci-dessus. Les deux matériaux distincts sont par exemples deux types de 10 silicones différents. Les fils sont ensuite reliés à un boîtier de commande 52 pour former les électrodes 54, 56. Le dispositif 10 tel que décrit ci-dessus est ainsi obtenu. Un procédé d'utilisation du dispositif 10 va maintenant être décrit. Dans un état initial, le dispositif 10 est par exemple dans la première configuration représentée aux 15 figures 1 et 2. Le premier matériau 40 est dans un état rigide. La température ambiante est par exemple comprise entre 10 °C et 30 °C. La première couche 20 est alors chauffée pour faire passer le premier matériau 40 à une température comprise entre le premier seuil Ti et le deuxième seuil 12. Dans le cas du dispositif 10 représenté à la figure 1, le boîtier de commande 52 transfère par exemple 20 de l'énergie électrique au premier matériau 40 par l'intermédiaire des électrodes 54, 56. En variante, le dispositif 10 est chauffé par un autre moyen, par exemple par trempage dans de l'eau chaude. Sous l'action du chauffage, le premier matériau 40 passe à un état de fluide visqueux, apte à changer de forme. Le dispositif 10 est alors déformé, de manière à 25 recourber et/ou à étirer l'enveloppe externe 16. Le dispositif 10 est par exemple placé dans une deuxième configuration recourbée, représentée à la figure 3. Le dispositif 10 est maintenu dans la deuxième configuration durant une phase de refroidissement du premier matériau 40. Lorsque la température dudit matériau passe en-dessous du premier seuil Tl, le premier matériau 40 retrouve sa rigidité et conserve la 30 forme adoptée dans la deuxième configuration. L'enveloppe externe 16 est alors maintenue dans la deuxième configuration par le premier matériau 40. Une application possible du dispositif 10 est notamment son utilisation comme composant d'un élément de siège pour individu de moyen de transport, ou d'attelle paramédicale, ou de jouet pour enfant, ou de vêtement, ou encore d'accessoire de 35 massage. Les exemples ci-dessous illustrent l'invention sans toutefois la limiter. 3038250 8 Exemple 1 : préparation du premier matériau thermoplastique 40 Un premier matériau 40 est réalisé à partir de polycaprolactone (commercialisé par Perstorp sous la dénomination « CAPA 6500 ») de température de fusion If = 60 °C et de 5 masse moléculaire moyenne de 50.000 g.mo1-1. La polycaprolactone est mélangée à du noir de carbone en poudre (commercialisé par Cabotcorp sous la dénomination « Black Pearl 2000 ») par broyage dans un mortier chauffé à 80 °C. Le premier matériau 40, ci-après dénommé PCL-BP, est ainsi obtenu sous forme d'une pâte homogène. Le tableau 1 ci-dessous indique la résistivité électrique du PCL-BP en fonction du 10 pourcentage massique de noir de carbone : Charge noir de carbone (% massique) 10 12,50 15 17,5 20 22,5 Résistivité (Ohm.m) .0 72554 0,414 0,118 0,031 0,025 Tableau 1 Au-delà de 23% de noir de carbone dans le mélange, le matériau obtenu est friable. 15 Exemple 2 : fabrication du dispositif 10 Une plaque de PCL-BP à 20% massique de noir de carbone est réalisée à l'aide d'un rouleau compresseur. En référence à la figure 1, la plaque a une épaisseur 26 comprise entre 1,5 mm et 3 mm, et des dimensions selon X et Y respectivement de 27 cm et 23 cm. 20 La plaque ainsi réalisée est ensuite perforée de trous circulaires de diamètre 32 de 5 mm (figure 1). Les centres des cercles sont disposés aux sommets de triangles équilatéraux de côté 34 de 7 mm (figure 1), l'un des côtés des triangles étant parallèle à X. Des fils de cuivre 58, 60 sont ensuite encastrés dans la plaque de PCL-BP, selon 25 des trajectoires parallèles sensiblement disposées selon Y. Une première couche de silicone (commercialisé par Création Silicone sous la dénomination « Dragon Skin 10 fast ») est coulée dans un moule rectangulaire de dimensions selon X et Y respectivement de 30 cm et 26 cm. En référence à la figure 1, la plaque a une épaisseur 28 comprise entre 1,5 mm et 3 mm. 30 Après réticulation partielle de la première couche de silicone, la plaque perforée de PCL-BP est déposée sur ladite couche. Une deuxième couche de silicone est ensuite 3038250 9 coulée par-dessus la plaque de PCL-BP. Après réticulation totale de la silicone, les deux couches sont solidarisées et forment l'enveloppe externe 16 du dispositif 10. Une extrémité des fils de cuivre 58, 60 est alors reliée à un boîtier de commande 52 pour former les électrodes 54, 56. 5 REVENDICATIONS1.- Dispositif deformable (10) comprenant un premier matériau thermoplastique (40), ledit premier matériau étant sensiblement rigide à une température inférieure à un premier seuil (T1) et malléable à une température supérieure audit premier seuil (T1), ledit premier seuil (T1) étant préférentiellement compris entre 40 °C et 93 °C, le dispositif étant caractérisé en ce qu'il comprend une enveloppe externe (16) formée d'au moins un deuxième matériau souple (42), ladite enveloppe externe définissant un logement interne (18), le premier matériau (40) remplissant le logement interne, l'au moins un deuxième matériau souple (42) formant l'enveloppe externe étant à l'état solide au moins jusqu'à un deuxième seuil de température (T2) supérieur de 10 °C, préférentiellement de 20 °C, au premier seuil (T1). 2.- Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le premier matériau thermoplastique (40) comprend un polymère thermoplastique, préférentiellement choisi parmi une polycaprolactone, un acide polylactique et un polycarbonate. 3.- Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel le premier matériau thermoplastique comprend un agent électriquement et/ou thermiquement conducteur, ledit agent étant préférentiellement constitué de particules de carbone. 4.- Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le premier matériau thermoplastique comprend une polycaprolactone et du noir de carbone, un pourcentage massique total de la polycaprolactone et du noir de carbone étant préférentiellement supérieur ou égal à 95%, un pourcentage massique du noir de carbone étant préférentiellement compris entre 10% et 23%, plus préférentiellement entre 15% et 20%. 5.- Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'au moins un deuxième matériau souple (42) est un élastomère, préférentiellement une silicone. 6.- Dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le logement interne (18) rempli du premier matériau thermoplastique (40) a la forme d'une première couche (20) interposée entre une deuxième (22) et une troisième (24) couches de deuxième matériau souple (42). 3038250 11 7.- Dispositif selon la revendication 6, dans lequel la première couche (20) est traversée par une pluralité de ponts (30) de deuxième matériau souple, lesdits ponts reliant les deuxième et troisième couches, lesdits ponts étant préférentiellement répartis 5 de manière régulière sur une surface de la première couche. 8.- Dispositif selon l'une des revendications précédentes, comprenant en outre un appareil électrique (50) au contact du premier matériau thermoplastique, ledit appareil étant apte (52, 54, 56) à communiquer de la chaleur par effet Joule audit premier matériau 10 thermoplastique. 9.- Procédé de fabrication d'un dispositif (10) selon l'une des revendications 6 à 8, comprenant les étapes suivantes : - réalisation d'une première couche (20) du premier matériau thermoplastique ; 15 - réalisation d'une deuxième couche (22) de deuxième matériau souple ; puis : - positionnement de la première couche sur la deuxième couche ; puis - coulage de deuxième matériau souple à l'état liquide sur les première et deuxième couches pour former la troisième couche (24), puis solidification dudit deuxième 20 matériau. 10.- Procédé d'utilisation d'un dispositif (10) selon l'une des revendications 1 à 8, comprenant les étapes suivantes : - chauffage du premier matériau thermoplastique (40) pour le faire passer à une 25 température comprise entre le premier seuil (Tl) et le deuxième seuil (12) ; puis - conformation du dispositif selon une forme ; puis - refroidissement du premier matériau thermoplastique (40) pour le faire passer à une température inférieure au premier seuil (Tl). 30 11.- Procédé d'utilisation selon la revendication 10 prise en combinaison avec la revendication 8, dans lequel le chauffage du premier matériau thermoplastique est effectué au moyen de l'appareil électrique (50).