FR2641273A1 - TEXTILE FLAT ELEMENT DRIVER MAKES ELEMENTARY WIRES OF GLASS SILK - Google Patents
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Abstract
L'invention se rapporte aux plastiques conducteurs. Selon l'invention, un élément plat textile conducteur à base de fils élémentaires de soie de verre est composé de fils élémentaires métallisés, de longueur limitée, sans orientation privilégiée, et assemblés par un liant chimique. Principale application : composites thermodurcissables conducteurs pour le blindage dans la construction nautique, la production de réflections radar sur les équipements de sauvetage en mer, l'évacuation des charges électrostatiques dans la construction des récipients et enveloppes et le blindage électromagnétique.The invention relates to conductive plastics. According to the invention, a flat conductive textile element based on elementary son of glass silk is composed of elementary metallized son, of limited length, without preferred orientation, and assembled by a chemical binder. Main application: conductive thermosetting composites for shielding in nautical construction, the production of radar reflections on marine rescue equipment, the evacuation of electrostatic charges in the construction of containers and enclosures and electromagnetic shielding.
Description
Elément Dlat textile conducteur fait de fils élémentaires de soie de verreConductive textile fabric element made of elementary glass silk yarns
L'invention concerne un élément plat textile conducteur fait de fils élémentaires de soie de verre, The invention relates to a conductive textile flat element made of elementary son of glass silk,
qui est apDroprié oour la fabrication de matières olasti- which is appropriate for the manufacture of
ques composites conductrices, de préférence, de composés thermodurcissables conducteurs, en particulier dans le conductive composites, preferably conductive thermosetting compounds, in particular in the
procédé de pose manuelle (SMC) et dans le procédé opé- hand-laying process (SMC) and in the process
rant par enroulement.winding.
Les composites thermodurcissables conducteurs sont utilisés pour Conducting thermosetting composites are used to
- le blindage électrique, magnétique et électromagnéti- - electrical, magnetic and electromagnetic shielding
que des composants dans les aDpareils électroniques et that components in electronic devices and
- le blindage électromagnétique des appareils électroni- - the electromagnetic shielding of electronic devices
ques, des locaux et des bâtiments.buildings and premises.
Leur utilisation s'étend en outre à l'industrie Their use also extends to the industry
nautique, entre autres pour la fabrication de réflec- nautical, among others for the production of reflec-
teurs radar sur les équipements de sauvetage en mer. On radar on life-saving equipment at sea.
utilise aussi des composés thermodurcissaDles conduc- also uses conductive thermosetting compounds
teurs dans la fabrication des récipients pour évacuer in the manufacture of containers to evacuate
les charges électrostatiques.electrostatic charges.
Les éléments plats textiles conducteurs formés de fils élémentaires de soie de verre s'utilisent aussi pour éviter l'accumulation de charges électrostatiques The conductive textile flat elements formed of elementary son of glass silk are also used to prevent the accumulation of electrostatic charges
dans les revêtements de sol.in floor coverings.
L'incitation à utiliser des substances polymè- The incentive to use polymeric substances
res dans de nouveaux domaines techniques a conduit la re- in new technical fields led to the re-
cherche sur les polymères à s'attacher au développement seeks on polymers to focus on development
et à l'expérimentation de ce qu'on appelle les plasti- and experimenting with so-called plastics
ques conducteurs. On distingue fondamentalement trois drivers. We basically distinguish three
possibilités de fabrication de ces matériaux. manufacturing possibilities of these materials.
1. Dépôt de couches superficielles conductri- 1. Deposit of conductive surface layers
cesthese
2. Fabrication de matières plastiques intrinsè- 2. Manufacture of intrinsic plastics
quement conductrices 3. Incorporation d'additifs conducteurs dans la 3. Incorporation of conductive additives into the
matrice polymère.polymer matrix.
Comme technologies pour déposer des couches su- As technologies for depositing
perficielles conductrices, on connait la vaporisation, la pulvérisation cathodique, le dépôt électrolytique par projection, la projection à la flamme, l'utilisation de perfective conductive, we know the vaporization, the sputtering, the electrolytic deposit by projection, the projection with the flame, the use of
matières de revêtement métalliques, le dépôt de pellicu- metal coating materials, film deposition
les métalliques, de bandes métalliques, ainsi que d'élé- metal, metal bands, as well as
ments plats textiles métallisés, voir par exemple, metallised flat textile fabrics, see for example
DE-A-3 017 204, DE-A-3 045 790.DE-A-3 017 204, DE-A-3 045 790.
L'inconvénient commun à ces technologies consis- The common disadvantage of these technologies is
te en ce qu'elles sont orincioalement d'un coût élevé en in that they are usually of a high cost in
appareillage et/ou en main d'oeuvre. equipment and / or manpower.
Le groupe des plastiques intrinsèquement conduc- The group of plastics intrinsically
teurs est encore en cours de développement. Les proprié- is still under development. The properties
tés que l'on a obtenues jusqu'à présent, en particulier le comportement à long terme des paramètres mécaniques et âlectriques, exclut dès le départ les applications so far, in particular the long-term behavior of mechanical and electrical parameters, excludes from the outset
techniques.techniques.
Dans le domaine des plastiques contenant des ad- In the field of plastics containing ad-
ditifs conducteurs, on connatt un grand nombre de solu- drivers, we are aware of a large number of
tions qui font l'objet d'un titre de protection de pro- which are the subject of a product protection
priété industrielle, telles que, par exemple, industrial property, such as, for example,
JP-A-58-206 640, JP-A-59-109 537, JP-A-59-184 239, JP-A-58-206,640, JP-A-59-109,537, JP-A-59-184,239,
JP-A-60-260 43, JP-A-60-55 053, JP-A-60-144 364. JP-A-60-260 43, JP-A-60-55,053, JP-A-60-144,364.
On utilise comme additifs conducteurs, entre au- We use as conductive additives, between
tres, les poudres métalliques, flocons métalliques, fils métalliques, rubans métalliques, fibres de carbone, de metal powders, metal flakes, metal wires, metal ribbons, carbon fibers,
graphite et d'acier, graphite et noirs conducteurs, fi- graphite and steel, graphite and conductive blacks,
bres ou billes de verre métallisées. bres or metallized glass beads.
Les plastiques contenant du noir conducteur com- Plastics containing conductive black
me additifs occupent actuellement la plus grande place (DE-A-3 135 430). Toutefois, ces matériaux présentent l'inconvénient consistant en ce que, avec eux, même avec une haute teneur en carbone, on ne peut obtenir que des valeurs de résistance de 10-100.cm, et que des valeurs de blindage médiocres avec une détérioration simultanée additives currently occupy the largest space (DE-A-3 135 430). However, these materials have the disadvantage that with them, even with a high carbon content, only resistance values of 10-100 cm can be obtained, and that poor shielding values with deterioration can be obtained. simultaneous
des propriétés mécaniques de la matière composite plasti- mechanical properties of the plastic composite material
que. Tous les composites plastiques contenant des addi- tifs conducteurs, par exemple, des flocons métalliques, than. All plastic composites containing conductive additives, for example metal flakes,
des ooudres métalliques, des fils métalliques, du graphi- metal owls, metal wires, graphite
te, du carbone conducteur, des fibres d'acier, présen- conductive carbon, steel fibers,
tent les inconvénients suivants: - on ne Deut obtenir de bonnes propriétés électriques qu'au détriment des propriétés mécaniques, the following disadvantages: - good electrical properties can only be obtained at the expense of mechanical properties,
- la résistance des paramètres électriques aux alternan- - resistance of electrical parameters to alternans
ces de température est insuffisante, these temperature is insufficient,
- le traitement du carbone et des autres substances pul- - the treatment of carbon and other pulverulent substances
vérulentes implique quelquefois des dépenses considéra- sometimes involves considerable expenditure
bles pour le protection sanitaire, la protection de la main d'oeuvre et la sécurité contre l'incendie; - la plupart des additifs influencent défavorablement l'aspect; for the protection of health, the protection of labor and the safety against fire; most additives adversely affect appearance;
- lors du traitement exécuté avec les techniques habi- - in the treatment carried out with the usual techniques
tuelles, l'utilisation des fibres d'acier et des flocons métalliques, entraîne une usure extrêmement intense des the use of steel fibers and metal flakes leads to extremely
installations utilisées.facilities used.
Il en résulte que les additifs à structure fi- As a result, the additives with a fine structure
breuse, en particulier les fibres de verre ou soies de verre métallisées présentent un intérêt de plus en plus grand. In particular, glass fibers or metallized glass bristles are of increasing interest.
Jusqu'à présent, il n'était pas connu d'utili- Until now, it was not known to use
ser des fibres de verre métallisées, présentées sous la forme de fibres de verre revêtues d'aluminium, en tant metallized glass fibers, presented in the form of aluminum-coated glass fibers, as
que seul additif pour conférer des propriétés conductri- that only additive to confer conductive properties
ces à des polymères. US-A-4 566 990 décrit la fabrica- these to polymers. US-A-4,566,990 discloses the manufacture
tion de mélanges synergétiques d'additifs conducteurs pour la production de matières plastiques destinées au blindage électromagnétique. Ici, on utilise, en dehors 4- des fibres de verre revêtues d'aluminium, également des flocons d'aluminium et des fibres de verre. Le mélange synergistic mixtures of conductive additives for the production of plastics for electromagnetic shielding. Here, apart from aluminum-coated glass fibers, aluminum flakes and glass fibers are also used. The mixture
est transformé en un thermoplaste conducteur par le pro- is converted into a conductive thermoplast by the
cédé de moulage par injection. EP-A-0 014 104 décrit la fabrication de pré-imprégnés ("Prepregs") conducteurs de a chaleur et conducteurs de l'électricité, obtenus en transferred injection molding. EP-A-0 014 104 discloses the manufacture of prepregs ("Prepregs") conducting heat and conducting electricity, obtained in
imprégnant un tissu de soie de verre partiellement compo- impregnating a partially composed glass silk fabric
sé de soies de verre revêtues d'aluminium, avec une rési- aluminum-coated glass bristles, with a resi-
ne époxyde, une résine de polyuréthane, du PA ou un ooly- epoxy, a polyurethane resin, PA or an oily
sulfone. Comme soie de verre, on utilise ce qu'on appel- sulfone. As glass silk, we use what we call
le un fil hybride. L'inconvénient de ce Droduit protégé par un titre de propriété industrielle consiste en ce the one hybrid thread. The disadvantage of this product protected by an industrial property
que, dans la fabrication du tissu de soie de verre métal- that in the manufacture of glass silk fabric metal-
lisé, les phases de traitement additionnelles grèvent dé- the additional processing phases are
favorablement le prix de revient et en ce que le proces- favorably the cost price and that the process
sus de tissage est problématique parce qu'en l'absence de mesures protectrices additionnelles, le fil de soie de verre métallisé est incaDable de résister aux hautes contraintes mécaniques en raison de sa fragilité et de weaving is problematic because, in the absence of additional protective measures, the metallized glass silk thread is incaDable to withstand the high mechanical stresses due to its fragility and
la diminution de sa résistance mécanique. the decrease of its mechanical resistance.
Le but de l'invention est de créer un élément plat textile conducteur, peu colteux, composé de fils The object of the invention is to create a flat conductive textile element, low cost, composed of yarns
élémentaires de soie de verre qui soit tel que les oro- elemental glass silk that is such that the oro-
priétés mécaniques connues restent conservées dans le composite plastique et que, par ailleurs, on obtienne known mechanical properties remain in the plastic composite and that, moreover, one obtains
une résistance électrique d'un ordre de grandeur infé- an electrical resistance of an order of magnitude lower than
rieure à 1 x 108f.cm.than 1 x 108f.cm.
La présente invention se donne pour but de créer des fils élémentaires de soie de verre revêtus d'aluminium, coupés, dépourvus d'orientation privilégiée et assemblés par un liant pour former un élément nlat The object of the present invention is to create elementary son of glass silk coated with aluminum, cut, devoid of privileged orientation and assembled by a binder to form a nlat element.
textile destiné à la fabrication de composites thermodur- textile fabric for the manufacture of thermoset composites
cissables conducteurs.cissable conductors.
Selon l'invention, l'élément plat textile con- According to the invention, the flat textile element con-
ducteur est composé de fils élémentaires de soie de ver- ducteur is composed of elementary threads of green silk
re revêtus d'aluminium. Le revêtement optimal pour la fa- re coated with aluminum. The optimal coating for the
brication d'un composite themodurcissable conducteur est réalisé avec des procédés habituels pendant le processus Breaking of a conductive thermosetting composite is carried out with usual methods during the process
de fabrication des fils élémentaires de soie de verre re- for the manufacture of elementary glass silk yarns
vêtus d'aluminium tandis que les systèmes de revêtement qui sont mis en oeuvre sont modifiés. Le diamètre des fils élémentaires est de 13 à 30 um et la proportion d'aluminium représente au moins 8 % de la masse totale du fil élémentaire métallisé. L'épaisseur de revêtement d'aluminium déposé sur le fil élémentaire est d'au moins clad in aluminum while the coating systems that are implemented are modified. The diameter of the elementary yarns is 13 to 30 μm and the proportion of aluminum represents at least 8% of the total mass of the elementary metallized yarn. The thickness of aluminum coating deposited on the elementary wire is at least
3 um puisque l'effet de blindage pour les ondes électri- 3 μm since the shielding effect for electric waves
ques pénétrant par rayonnement dans le domaine des méga- penetrating radiation in the field of mega-
hertz à gigahertz n'est obtenu qu'avec une profondeur de pénétration de l'ordre du micron. Ces fils élémentaires hertz at gigahertz is only obtained with a penetration depth of about one micron. These elementary sons
revêtus d'aluminium sont découpés à une longueur de fi- coated with aluminum are cut to a length of
bres de 25 à 100 mm et assemblés à l'aide d'un liant chi- from 25 to 100 mm and assembled with a cold binder
mique.nomic.
Les conditions qu'on exige des fils élémentai- The conditions that are required of elementary sons
res de soie de verre revêtus d'aluminium sont les suivan- aluminum-coated glass silk are the following
tes: 1. la métallisation doit intéresser un nombre 1. Metallization should interest a number
aussi grand que possible des fils élémentaires. as large as possible of the elementary threads.
2. La couche métallique ne doit présenter aucu- 2. The metal layer must not present
ne interruption (conductibilité ininterrompue). do not interrupt (uninterrupted conductivity).
3. Le film métallique ne doit pas entourer tota- 3. The metallic film must not completely surround
lement le fil de verre, afin que l'effet de renforcement the glass thread, so that the reinforcing effect
connu des composites fibre de verre-résine reste conser- known fiberglass-resin composites remains
vé, au moins en partie.at least in part.
Le produit selon l'invention peut être modifié en fonction de l'application envisagée en agissant sur The product according to the invention can be modified according to the intended application by acting on
les paramètres densité de fibres et longueur de fibres. the parameters fiber density and fiber length.
L'avantage le plus essentiel du produit selon l'invention consiste dans le fait que sa fabrication est pratiquement sans problème et qu'elle est moins coQteuse que, par exemple, la fabrication d'un tissu de soie de The most essential advantage of the product according to the invention lies in the fact that its manufacture is practically without any problem and that it is less expensive than, for example, the manufacture of a silk fabric of
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verre métallisé. Les raisons en sont, d'une part, la sup- metallic glass. The reasons are, on the one hand, the
pression des phases de traitement additionnelles et, d'autre part, le fait que, en l'absence de mesures de protection additionnelles, le fil élémentaire de soie de verre métallisé n'est pas apte à résister aux hautes con- the additional processing phases and, on the other hand, the fact that, in the absence of additional protective measures, the elemental wire of metallized glass silk is not capable of withstanding the high
traintes mécaniques qu'il subit dans le processus de fi- mechanical stresses it undergoes in the process of
lage en raison de sa fragilité et de sa faible résistan- because of its fragility and low resilience
ce mécanique. La fabrication économique du produit selon this mechanics. The economical manufacture of the product according to
l'invention est fondée sur la technologie optimale de mé- the invention is based on the optimum technology of
tallisation, la métallisation par fusion en filage et le fait que l'aluminium est un métal simple à manipuler et metallization by spinning fusion and the fact that aluminum is a simple metal to handle and
peu coQteux.inexpensive.
Au tableau 1, les technologies de métallisation qui sont en principe possibles pour la soie de verre, sont évaluées en termes de résistance électrique des In Table 1, metallization technologies which are in principle possible for glass silk, are evaluated in terms of electrical resistance of
fils élémentaires et de coûts de fabrications spécifi- elementary yarns and specific manufacturing costs
ques. Tableau 1 Procédé de fabrication de fibres de c. Table 1 Process for manufacturing fiber
verre métallisées.metallized glass.
Procédé Résistance Coût spécifique électrique des I de fabrication I fils élémentaires en (M/kg) (I. cm) Imprégnation avec des laques contenant 0,5 1000-2000 des pigments métalliques Galvanisation 0,01 500-1000 par projection I Ij Vaporisation I 25-50 500-1000 sous vide Métallisation 2,5 100-50 par fusion au filage (AI) Déoôt de métaux sans courant par Process Resistance Specific electrical cost of manufacturing I elementary wires in (M / kg) (I. cm) Impregnation with lacquers containing 0.5 1000-2000 metallic pigments Galvanization 0.01 500-1000 by spraying I Ij Spraying I 25-50 500-1000 Vacuum Metallization 2.5 100-50 by spinning fusion (AI) Electroless metals removal by
réduction pen-reduction
dant le proces- 106-108 300-500 sus de filage La fabrication de comoosites thermodurcissables conducteurs avec le produit selon l'invention s'effectue par application des procédés habituels du traitement des The process of producing conductive thermosetting comoosites with the product according to the invention is carried out by applying the usual methods of
matières plastiques, tels que le procédé de pose manuel- plastic materials, such as the manual
le, le procédé SMC ou le procédé par enroulement. the, the SMC process or the winding process.
Selon le procédé de fabrication, on peut obte- Depending on the manufacturing process, one can obtain
nir les caractéristiques électriques et mécaniques sui- the following electrical and mechanical characteristics
vantes: Tableau 2: procédé de oose manuelle avec des 0 systèmes de résine époxyde durcissant à froid ou à chaud. | Nombre Atténuation de Résistance |Module E de blindage intérieure en GPa couches 0-1000 MHz v en.cm | |tSEen dB I 2 t 6-12 120) t 3 t 10-15 100) t 4 I 22-29 18)6,5-9,3 t 5 I 25-32 15) t 6 I 25-31 15) l lI Taoleau 3: orocédé d'enroulement avec des Table 2: Manual oose process with cold or hot cure epoxy resin systems. | Number Resistance Attenuation | Module E of internal shielding in GPa layers 0-1000 MHz v en.cm | tSEen dB I 2 t 6-12 120) t 3 t 10-15 100) t 4 I 22-29 18) 6,5-9,3 t 5 I 25-32 15) t 6 I 25-31 15) Taoleau 3: winding method with
systèmes de résine époxyde durcissant à froid. Cold hardening epoxy resin systems.
|Nombre de fils Atténuation IRésistance I Module E élémentaires d'écran intérieure en GPa dans le brin I 1000 MHz | v en.cm 1 |d'enroulement JSE en dB I I Number of wires Attenuation IResistance I Module E inner screen elements in GPa in strand I 1000 MHz | v en.cm 1 | winding JSE in dB I I
I. I I II. I I I
I I t i 90 25-30 j 45,0 I) 1000 j 27-42 I 12,5 J)5,2-7,7 I I t i 90 25-30 j 45.0 I) 1000 j 27-42 I 12.5 J) 5,2-7,7
1980 I 30-43 I 1,5)1980 I 30-43 I 1,5)
5000 I 36-45 I 1,0 O5000 I 36-45 I 1.0 O
I I)I I)
Tableau 4: procédé SMC avec des systèmes de résines de polyuréthane. Teneur en fibres 55 M% Longeur des Atténuation Résistance Module E fibres L d'écran intérieure en GPa en mm 0-1000 MHz en.cm en dB I If Table 4: SMC process with polyurethane resin systems. Fiber content 55 M% Length of attenuation Resistance Module E fibers L of internal screen in GPa in mm 0-1000 MHz en.cm in dB I If
I II I
12 6-10 125,0)12 6-10 125.0)
24 17-26 11,5 I)3,5-5,524 17-26 11.5 I) 3.5-5.5
36 25-41 1,5)36 25-41 1.5)
48 23-45 0,5 I)48 23-45 0.5 I)
I III II
Les résultats montrent qu'il y a nettement *ne The results show that there is clearly * no
relation de dépendance entre les propriétés d'at nua- dependency relationship between the properties of at nua-
tion d'écran et la teneur en fibres ou la longueJr des screen and the fiber content or the long
fibres ainsi que la résistance intérieure. On a pu obte- fibers as well as the inner resistance. We were able to
nir la correlation suivante entre la résistance interrLu- the following correlation between interrelated resistance
b)b)
re et l'atténuation d'écran.re and screen attenuation.
SE en dB -1 - I I - - I - n L.cm I I i I I I SE in dB -1 - I I - - I - n L.cm I I I I I I
-2 -1 0 1 2 3 4-2 -1 0 1 2 3 4
Ceci montre qu'avec les procédés connus pour la modification des thermodurcissables, on peut utiliser This shows that with the known processes for the modification of thermosets, it is possible to use
des plastiques possédant une résistance électrique suffi- plastics with sufficient electrical resistance
samment basse et, par conséquent, un effet de blindage élevé vis-à-vis des rayonnements électromagnétiques de low, and therefore a high shielding effect on electromagnetic radiation from
l'intervalle allant jusqu'à 1000 MHz. the interval up to 1000 MHz.
En même temps, en dépit du faible niveau de ré- At the same time, despite the low level of
sistance mécanique des fibres de verre métallisées, com- mechanical resistance of metallized glass fibers,
parativement aux produits de fibre de verre tradition- compared to traditional fiberglass products
nels, on démontre un effet de renforcement mécanique. nels, a mechanical strengthening effect is demonstrated.
Cet effet représente environ 50 % de l'effet qu'on peut This effect represents about 50% of the effect that can be
obtenir avec des produits de soie de verre normaux, lors- obtain with normal glass silk products, when
qu'on met en oeuvre des systèmes de revêtement spéciale- special coating systems are used.
ment adaptés. Cette combinaison de caractéristiques de conductibilité électrique et de renforcement mécanique adapted. This combination of electrical conductivity characteristics and mechanical reinforcement
peut être obtenue avec des additifs conducteurs tradi- can be obtained with conventional conductive additives
tionnels, en particulier le carbone et les flocons d'alu- particularly carbon and aluminum flakes.
11. minium. Un autre avantage des pinces moulées fabriquées 11. minium. Another advantage of molded molded pliers
par le procédé précité consiste dans la constance relati- by the aforementioned method consists in the relative constancy
vement grande des paramètres électriques face aux con- large amount of electrical parameters in the face of
traintes thermiques alternées. Dans le cas de thermos- plastiques renforcés de fibres d'acier, on observe une chute de 80 % des valeurs de la résistance intérieure alternating thermal trains. In the case of thermoplastics reinforced with steel fibers, a drop of 80% of the values of the internal resistance
après cinq cycles de température de 20-80 C. On peut dé- after five temperature cycles of 20-80 C. It can be de-
montrer des effets analogues dans le cas d'autres addi- show similar effects in the case of other addi-
tifs métalliques (poudres, paillettes). Dans le cas de pièces moulées contenant de la soie de verre métallisée, ces phénomènes n'ont été observés, encore que dans une mesure très réduite, qu'à des températures maximales de metallic fibers (powders, flakes). In the case of molded articles containing metallized glass silk, these phenomena have only been observed, to a very limited extent, at
cycle de > 150 C.cycle of> 150 C.
L'avantage essentiel des composites thermodur- The essential advantage of thermoset composites
cissables conducteurs réalisés à base de l'élément plat cissable conductors made from the flat element
selon l'invention consiste dans l'avantage, déjà indi- according to the invention consists in the advantage, already indi-
qué, à savoir, sa fabrication économique. that is, its economic manufacture.
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| DATABASE DERWENT WORLD PATENT INDEX, AN=87-325679, Derwent Publications Ltd, Londres, GB; & JP-A-62 233 243 (NIPPON ZEON) 13-10-1987 * |
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