MATERIAL FOR STORING THERMAL ENERGY AND PROCESS FOR PROTECTING COMPONENTS, ESPECIALLY ELECTRIC AND ELECTRONIC ONES, AGAINST THERMAL SHOCKS

Abstract: 1. Material for storing thermal energy, for protecting components, especially electric and electronic ones against thermal shocks, characterized by the fact that it is formed by the combination of at least one body having a solid-solid phase transition in the temperature range between 0 degree C and 185 degrees C, with an enthalpy change of at least 50 J/g, and by a body, such as an adhesive or a polymer, which is stable at the temperature of phase transition, and ensures that the material has mechanical strength.

Description: Matériau de stockage d'énergie thermique et procédé de protection contre les chocs thermiques de composants, notamment électriques ou électroniques. La présente invention concerne un matériau de stockage d'énergie thermique pour la protection contre les chocs thermiques de composants, notamment électriques ou électroniques. Lors de l'utilisation de certains composants électriques ou lectroniques, une forte puissance doit parfois etre dissipe dans un temps trs bref. C'est en particulier le cas de composants électroniques appelas a fonctionner peu frSquemment ou de moteurs électriques confinée dans des enceintes fermées. On a déjà proposé d'utiliser comme milieu de stockage de l'énergie thermique, des matériaux présentant un changement de phase liquide-solide à la température souhaitée, par exemple des hydrates salins. Le changement de phase s'accompagne d'une variation d'enthalpie par laquelle le matériau absorbe ou restitue de la chaleur. Ces matériau a transition de phase liquide-solide posent toutefois des problèmes de non congruence, de surfusion, et de changement de volume à la fusion, qui n'ont jusqu'à présent pas été résolus de manière satisfaisante. La présente invention vise à pallier ces inconvénients en fournissant un atriau de stockage d'énergie thermique de mise en oeuvre plus facile que les matériaux a transition de phase liquide-solide. A cet effet, l'invention a pour objet un matériau de stockage d'énergie thermique pour la protection contre les chocs thermiques de composants, notamment électriques ou électroniques, caractérisé par le fait qu'il est constitué par la combinaison d'au moins un corps possedant, dans une gamme de températures comprise entre 00C et 185 C. une transition de phase solide-solide présentant une variation d'enthalpie au moins égale R 50 J/g, et un corps tel qu'unie colle ou un polymere, stable à la température de transition de phase, et assurant la rési@tance mécanique du matériau. De tels corps présentent une transition de phase, solide-solide présentant les caractéristiques ci-dessus sont connus. La variation d'enthalpie à la transition est due au passage d'un état anisotrope à un état isotrope. L'utilisation d'un corps a transition de phase solide-solide présente de nombreux avantages par rapport à celle d'un corps à transition liquide-solide. C'est ainsi que le matériau selon l'invention ne pose pas de problème de non congruence. De plus, les changelents de volume à la transition solide-solide, sont inférieurs a ceux rencontres lors de la fusion La mise en oeuvre de cep matériaux est en outre facllitEe par l'inexistence d'une phase liquide et ta corrosion est négligeable. Enfin, il est possible, gracie t la rEalisation de mélanges, d'obtenir une gaine continue de temparatures de transition, ce qui n'est pas le cas pour les matériaux a transition liquide-solide. Dans un premier mode de rEalisation de l'invention, la combinaison entre le corps a transition solide-solide ct la colle ou le polymère, est constituée par un mélange sensiblement homogbne. Dans le cas ob un polymère est utilise pour assurer la résistance mécanique du matériau, le mélange peut s'effectuer par addition des constituants l'état liquide. Le matériau peut alors être moulé à la forme souhaitée en fonction de l'application envisagea. L'addition des constituants peut également être effectuée ltétat solide sous forme de poudre, le mélange étant alors par exemple mis en oeuvre par frittage. Dans le cas où c' est une colle qui est utilise, le corps à transit ion de phase peut être réduit en poudre et mélangé à la colle avant durcissement de cette dernière. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le corps a transition de phase solide-solide est encapsulé dans la colle ou le polymère. Il est alors possible, en particulier, de réaliser des structures sandwich dans lesquelles le matériau a transition de phase solide-solide est disposé entre deux feuilles de polymère. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, le corps a transition de phase solide-solide appartient au groupe constitué par les polyols, leurs derives aminés et nitrés, et les mélanges de ces corps. Ces polyols sont de préférence des polyols a structure tétraédrique, composés de cinq atomes de carbone et ayant de 2 à 4 radicaux hydroxyles rattachés aux quatre carbones péripheriques. Les polyols présentent l'avantage de nécessiter une température relativement élevée pour passer a l'état isotrope, en raison de la cohésion importante de leur structure que leur confrere la présence de liaisons hydrogène. En outre, les mélanges binaires de corps de la famille des polyols forment des solutions solides stables dont la température de transition peut être choisie par la composition du mélange. Plus particulièrement, le polyol utilisé peut appartenir au groupe constitué par le pentaerythritol, la pentaglycérine et le néopentylglycol. Si l'on utilise un dérivé aminé ou nitré d'un polyol, celui-ci peut être choisi dans le groupe constitué par l'amino-2 hydroxyméthyl-2 propanediol-1,3 l'amino-2 méthyl-2 propanediol-1,3 lthydroxyméthyl-2 nitro-2 propanediol-1,3 et le méthyl-2 nitro-2 propanediol-1.3. Néanmoins, d'autres corps que les polyols peuvent être utilisés dans la mesure où ils présentent une transition de phase solide-solide dans la gamme de températures souhaitée et que leur variation d'enthalpie est suffisante. C'est ainsi, en particulier, que le corps à transition de phase solide-solide utilisé peut être un acide propionique tel que l'acide diméthyl-2,2 propionique et l'acide bis(hydroxyméthyl)-2,2 propionique. Dans le cas où l'on utilise une colle pour assurer la résistance mécanique du matériau, cette colle peut être une résine époxy du type de celle vendue sous la marque "Araldite" par la Société CIBA. L'invention a également pour objet un procédé de protection contre les chocs thermiques de composants, notamment électriques ou électroniques caractérisé par le fait que l'on place ledit composant au contact d'un matériau de stockage d'énergie thermique tel que décrit ci-dessus. Le composant peut par exemple être enrobé dans ce matériau. L'énergie dissipée par le composant est donc stockée par le matériau pendant la durée d'utilisation, puis dissipée ultérieurement dans le milieu extérieur. On a donné ci-dessous, à titre d'exemple non limitatif, les caractéristiques de la transition de phase solide-solide de quelques corps pouvant être utilises pour la fabrication du matériau selon l'invention. Le tableau 1 donne la température de transition et la variation d'enthalpie pour le pentaerythritol (C-(CH2-OH)4), la pentaglycérine (CH3-C-(CH2-OH)3) et le néopentylglycol((CH3)2-C-(CH2-OH)2) pour deux des composés aminés et nitres de la pentaglycérine et du néopentylglycol et pour deux acides propioniques. TABLEAU 1 EMI3.1 <tb> Ttr <SEP> Htr <tb> <SEP> (@C) <SEP> <SEP> (J/g) <tb> <SEP> pentaerythnitol <SEP> (PE) <SEP> 184 <SEP> 250 <tb> <SEP> pentaglycérine <SEP> (PG) <SEP> 86 <SEP> 161 <tb> <SEP> néopentylglycol <SEP> (NPG) <SEP> 44 <SEP> 125 <tb> <SEP> amino-2 <SEP> hydroxymethyl-2 <SEP> <tb> <SEP> propanediol <SEP> - <SEP> 1,3 <SEP> 138 <SEP> 284 <tb> <SEP> amino-2 <SEP> méthyl- <SEP> 2 <SEP> propanediol- <SEP> 1,3 <SEP> 89 <SEP> 240 <tb> <SEP> hydroxymethyl-2 <SEP> nitro-2 <SEP> propanediol- <SEP> 1,3 <SEP> 81 <SEP> 148 <tb> <SEP> méthyl-2 <SEP> nitro-2 <SEP> propanediol- <SEP> 1,3 <SEP> 80 <SEP> 190 <tb> <SEP> acide <SEP> bis(hydroxymethyl)- <SEP> 2,2 <SEP> propionique <SEP> 153 <SEP> 287 <tb> <SEP> acide <SEP> diméthyl <SEP> - <SEP> 2,2 <SEP> propionique <SEP> 8 <SEP> 86 <SEP> <tb> Les figures 1 3 4 sont les thermogrammes obtenus sur analyseur enthalpique du néopentylglycol, de la pentaglycérine, de l'amino-2 hydroxymethyl-2 propanediol-1,3 et de l'amino-2 mEthyl-2 propanediol-1,3. Le tableau 2 résume les caractéristiques du pic endothermique pour chacun de ces quatre corps. TABLEAU 2 EMI4.1 <tb> <SEP> DEBUT <SEP> FIN <SEP> ENTHALPIE <SEP> TEMPERATURE <tb> <SEP> DU <SEP> PIC <SEP> DU <SEP> PIC <SEP> (J/g! <SEP> DE <SEP> SOMMET <tb> <SEP> DU <SEP> PIC <tb> <SEP> ( C) <SEP> ( C) <SEP> (J/g) <SEP> ( C) <tb> NPG <SEP> 38,2 <SEP> 53,4 <SEP> - <SEP> 135,2 <SEP> 45,6 <tb> PG <SEP> 75,6 <SEP> 95,8 <SEP> - <SEP> 157,6 <SEP> 86,2 <tb> amino-2 <SEP> hydroxymethyl-2 <tb> propanediol-1,3 <SEP> 129,4 <SEP> 148,3 <SEP> - <SEP> <SEP> 251,6 <SEP> 138,8 <SEP> <tb> amino-2 <SEP> methyl-2 <SEP> <tb> propanediol- <SEP> 1,3 <SEP> 56,9 <SEP> 106,9 <SEP> - <SEP> 218,0 <SEP> 88,0 <tb> La figure 5 représente en 1 l'enthalpie de transition, et en 2, la température de transition, d'un mélange de pentaglycerine et de néopentylglycol pour de proportions de pentaglycérine comprises entre O et 50 Z. La réalisation du mélange est obtenu par addition des constituants l'ctat liquide. Vu la forte tension de vapeur de ces constituants aux abords de leur température de fusion, la composition est contrôlée par chromatographie en phase gazeuse. I1 appariait clairement sur la figure 5 que, si l'on souhaite par exemple limiter la tempcrature de transition à 300C, la proportion massique de pentaglycérine doit être comprise entre 14% et 33%. Le tableau 3 donne la valeur de le température et de ltenthalpie de transition pour quelque valeur de la fraction massique en pentaglycérine. TABLEAU 3 EMI5.1 <tb> FRACTION <SEP> MASSIQUE <SEP> Ttr <SEP> Htr <tb> <SEP> en <SEP> PG <SEP> ( C) <SEP> (J/g) <SEP> <tb> <SEP> 13 <SEP> 37.2 <SEP> 88 <tb> <SEP> 17.7 <SEP> 29.3 <SEP> 75 <tb> <SEP> 28 <SEP> 29.2 <SEP> 74.5 <tb> <SEP> 36.5 <SEP> 35.9 <SEP> 71 <tb> <SEP> 47.5 <SEP> 36.2 <SEP> 84 <tb> Le tableau 4 représente les valeurs de la température et de l'enthalpie de transition pour la pentaglycérlne d'une part, et d'autre part pour un matériau selon l'invention réalise soit par encapsulation de pentaglycérine dans, soit par mélange de cette dernière avec, une "Araldite" ayant pour but d'assurer la résistance mécanique du materiau. TABLEAU 4 EMI6.1 <tb> <SEP> Ttr <SEP> ( C) <SEP> # <SEP> <SEP> Htr(J/g) <tb> 2 <SEP> Hydroxymethy <SEP> 1-2-Methyl <tb> 1,3 <SEP> Propanediol <SEP> (PG) <SEP> 83 <SEP> - <SEP> 84 <SEP> ' <SEP> <SEP> 148,4 <tb> Encapsulation <tb> Araldite <SEP> prise <SEP> rapide <tb> <SEP> 86 <SEP> % <SEP> en <SEP> PC <SEP> <SEP> 83 <SEP> - <SEP> 84 <SEP> 125,4 <tb> Mélange EMI6.2 <tb> <SEP> Araldite <SEP> prise <SEP> rapide <tb> <SEP> 5C <SEP> Z <SEP> en <SEP> PG <SEP> 84 <SEP> 69,8 <tb> <SEP> 67 <SEP> % <SEP> en <SEP> PG <SEP> 84 <SEP> 96.1 <tb> <SEP> Araldite <SEP> MY <SEP> 740 <tb> <SEP> Durcisseur <SEP> HY <SEP> 905 <SEP> <tb> <SEP> 50 <SEP> % <SEP> en <SEP> PG <SEP> 85 <SEP> 68,6 <SEP> <tb> # <SEP> <SEP> Araldite <SEP> MCY <SEP> 212 <tb> <SEP> Durcisseur <SEP> HY <SEP> 956 <tb> <SEP> 50 <SEP> % <SEP> en <SEP> PG <SEP> 85 <SEP> 65.6 <tb> Bien entendu, diverses variantes et medifications peuvent être apportées à la description ci-dessus, sans sortir pour autant ni du cadre, ni de l'esprit de l'invention.

Claims: REVENDICATIONS 1 - Matériau de stockage d'énergie athermique, pour la protection contre les chocs thermiques de composants, notamment électriques ou ;lectroniques, caractérisé par le fait qu'il est constitué par la combinaison d'au moins un corps possédant, dans une gamme de tempcrature comprise entre 0 C et 1850C, une transition de phase solide-solide présentant une variation d'enthalpie au moins égale à 50 J/g, et un corps, tel qu'une colle ou un polymère, stable a la température de transition de phase, et assurant la résistance mécanique du matériau. 2 - Matériau selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, ladite combinaison est constituée par un mélange sensiblement homogène. 3 - Matériau selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, pour constituer ladite combinaison, ledit corps à transition de phase solide-solide est encapsulé dans le corps tel que la colle ou le polymere. 4 - Matériau selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que ledit corps à transition de phase solide-solide appartient au groupe constitué par les polycls, leurs dérivés aminés et nitrés, et les mélanges de ces corps. 5 - Matériau selon la revendicatian 4, caractérisé par le fait que lesdits polyols sont des polyols ù structure tétraédrique, composés de cinq atomes de carbone et ayant de 2 à 4 radicaux hydroxyles rattachés aux quatre carbcnes périphériques. 6 - Materiau selon la revendication 5, caractérisé par le fait que lesdits polyols eppartiennent au groupe constitué par le pentaerythitol, la pentaglycérine et le néopentylglycol. 7 - Matériau selon l'une quelconque des revendications 4 5 6, caractérisé par le fait que lesdits dérives aminés ou nitrés appartiennent au groupe constitué par l'amino-2 hydroxymethyl-2 propanediol-1,3 l'amino-2 méthyl-2 propanedicl-1,3 l'hydroxymethyl-2 nitro-2 propanediol-1,3 et le méthyl-2-nitro-2 propanediol 1,3. 8 - matériau selon l'une quelconque des revendications 1 a 3, caractérisé par le fait que ledit corps à transition de phase solide-solide est un acide propionique. 9 - Matériau selon la revendication 8, caractérisé par le fait que ledit acide propionique appartient au groupe constitué par l'acide diméthyl-2,2- propionique et l'acide bis(hydroxymethyl?-2,2 propionique. 10 - Matériau selon l'une quelconque des revendications 1 a 9, caractérisé par le fait que ladite colle est une ruine époxy. il - Procédé de protection contre les chocs thermiques de composants notamment électriques ou électroniques, caractérisé par le fait que l'on place ledit composant au contact d'un matériau selon l'une quelconque des revendications 1 10.

Inventors: ACHARD, PATRICK, MAYER, DIDIER
Applicants: ASSOCIATION POUR LA RECHERCHE ET LE DEVELOPPEMENT DES METHODES ET PROCESSUS INDUSTRIELS (ARMINES)
Application year: 1985
Main classification: C09K5
IPC codes: C09K5, H01B3, C08K5, H05K7