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WO2019186351A1 - Film chauffant polymere a resistance a coefficient de temperature positif et son procede de fabrication - Google Patents

Film chauffant polymere a resistance a coefficient de temperature positif et son procede de fabrication Download PDF

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WO2019186351A1
WO2019186351A1 PCT/IB2019/052385 IB2019052385W WO2019186351A1 WO 2019186351 A1 WO2019186351 A1 WO 2019186351A1 IB 2019052385 W IB2019052385 W IB 2019052385W WO 2019186351 A1 WO2019186351 A1 WO 2019186351A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
ptc
resistance
polymer layer
polymer
heating film
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/IB2019/052385
Other languages
English (en)
Inventor
Philippe Paul Bert
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Heatself
Original Assignee
Heatself
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Heatself filed Critical Heatself
Publication of WO2019186351A1 publication Critical patent/WO2019186351A1/fr
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Ceased legal-status Critical Current

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    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/10—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor
    • H05B3/12—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material
    • H05B3/14—Heating elements characterised by the composition or nature of the materials or by the arrangement of the conductor characterised by the composition or nature of the conductive material the material being non-metallic
    • H05B3/146—Conductive polymers, e.g. polyethylene, thermoplastics
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/20—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater
    • H05B3/34—Heating elements having extended surface area substantially in a two-dimensional plane, e.g. plate-heater flexible, e.g. heating nets or webs
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/017—Manufacturing methods or apparatus for heaters
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B2203/00—Aspects relating to Ohmic resistive heating covered by group H05B3/00
    • H05B2203/02—Heaters using heating elements having a positive temperature coefficient

Definitions

  • the present invention relates to the field of heating films, and relates in particular to a positive temperature coefficient resistance heating film polymer, especially for the automotive field, and its manufacturing process.
  • the heat engine provides the heating function in the passenger compartment of the vehicle for the comfort of the user, the amount of energy available to heat the passenger compartment being the order of 6 to 8 kW.
  • the energy available for the heating of the passenger compartment is only of the order of 1 to 2 kW. It is therefore necessary to provide thermal comfort by distributing heating elements in the passenger compartment of the motor vehicle with an electric motor, the heating elements being able, for example, to be arranged in the dashboard, the ceiling lamp and / or the interior doors.
  • the disadvantages of these existing heating films are: the control of the heating film with a thermostat, the need to define the heating film upstream according to the need for heating, the oversizing of the heating film to predict the extreme conditions, the destruction of the heating film when it is trapped in a thick layer of thermal insulation, and a heating that follows the conductive tracks and not a continuous and homogeneous heating.
  • the existing solutions are heating wires or heating films with constant power.
  • the self limitation meaning that the power dissipated is likely to vary positively or negatively depending on the need.
  • European Patent Application EP2127473A2 discloses a heating film comprising a positive temperature coefficient resistance sheet, CTP, in contact with wire electrodes.
  • this PTC heating film does not make it possible to obtain a volume resistivity of the heating film so as to dissipate a homogeneous electrical power by the volume and does not allow localized self-regulation of the heating film.
  • the present invention aims to overcome the drawbacks of the prior art by proposing a positive temperature coefficient resistance heating film CTP, comprising a layer of electroconductive polymer with CTP resistance covered by two surface electrodes, which allows to obtain a homogeneous heating of the heating film by the volume and a localized regulation of the heating film as a function of the temperature.
  • the subject of the present invention is therefore a polymer film with a positive temperature coefficient resistance, CTP, comprising an electroconductive polymer layer with a CTP resistance, characterized in that the electroconductive polymer layer with CTP resistor is a layer of electroconductive polymer with resistance.
  • CTP comprising a thermoplastic polymer matrix in which conductive fillers are distributed
  • the CTP polymer resistance heating film further comprising a first surface electrode covering all of one of the faces of the electroconductive polymer CTP layer and a second surface electrode covering all of the opposite side of the faces of the electroconductive polymer layer CTP resistance.
  • the conductive fillers distributed in the polymer layer allow the conduction of electricity.
  • the first and second surface electrodes may each cover all of one of the two faces of the polymer layer.
  • the electroconductive polymer layer of the heating film is thermally sensitive and has a variable electrical resistance as a function of temperature to make it a temperature sensor and a heating element having a locally variable power density depending on the temperature of the carrier or the atmosphere.
  • the "smart" heating film is suitable for automotive applications, the intelligence of the heating film coming from its ability to achieve localized heating to meet a thermal need.
  • the application of the heating film in the automotive field allows a distribution of thermal comfort in the passenger compartment of the motor vehicle in a simple, economical and efficient manner.
  • the resistivity of the heating film is volume, and the self-regulation of the heating film is localized, that is to say that the PTC-effect polymer layer has the possibility of locating the heating function on a surface.
  • the polymer heating film is self-regulating, dissipating electric power by volume and having the ability to modulate the power as a function of the temperature of the surface or the perceived radiation and this thanks to the polymeric plastic material.
  • the invention makes it possible to obtain a simple heating film whose structure based on electrically conductive polymer is sufficiently simple to allow the realization of it in large numbers and at low cost.
  • the equivalent electrical diagram of the polymer heating film is similar to an infinity of variable electrical resistances as a function of the temperature between the first and second electrodes.
  • the heating film When the heating film is placed on a support for heating the support, the film will heat up by applying a power density depending on the support.
  • the heating film can read the surface temperature of the support and adapt only the power to be dissipated to maintain the entire surface of the support at the same temperature.
  • the power density on the surface is thus modulated according to the local thermal need. The power density will be greater on the cold areas of the surface of the support, and the power density will be lower on the surface portion of the warmer support.
  • the advantages of the PTC effect polymer heating film according to the invention are: a power density adapted to the support, a continuous heating on the surface of the support, a saving in energy consumption by the self-adaptation of the heating compared to the need thermal, lack of a control circuit with complex thermostat, a lack of monitoring circuit by self limitation of electric power, a lack of double, triple or quadruple heating circuit to increase or decrease the power density as a function of the zone to be heated, a mechanical flexibility, a solution that can for example be inserted in the dashboard structures of motor vehicles or in mirrors for frost protection functions, and a solution that can be sandwiched in composite structures.
  • thermosensitive conductive polymer layer having a variable electrical resistance will dissipate calories.
  • the polymer of the PTC effect polymer layer is a specific polymer for safety extra low voltage (12V) applications or for low voltage (230V) applications.
  • the polymer of the thermoplastic polymer matrix is a thermoplastic polymer doped with fine electrically conductive particles.
  • the polymer may be high density polyethylene, mixtures of high and low density polymers (polyethylene, high density polyethylene, low density polyethylene), polymer blends (polyethylene + polypropylene type), polyethylene associated with oligomers (type ethylene-vinyl acetate (EVA), ethylene-butyl acetate (EBA), ethylene-ethyl acrylate (EEA)), fluoropolymers (polyvinylidene fluoride (PVDF), ethylene tetrafluoroethylene (ETFE), perfluoroalkoxy (PFA)), thermoplastic elastomers, polyesters.
  • EVA ethylene-vinyl acetate
  • EBA ethylene-butyl acetate
  • EOA ethylene-ethyl acrylate
  • fluoropolymers polyvinylidene fluoride
  • ETFE ethylene te
  • the particles can be carbon black, carbon nanoparticles.
  • the conductive fillers are at least one of carbon black particles, carbon nanotubes and metal particles.
  • the conductive fillers allow the conduction of electricity in the volume of the polymer layer to heat the latter.
  • the PTC-resistant electroconductive polymer layer further comprises, distributed in the thermoplastic polymer matrix, at least one of thermal stabilizing additives, antioxidant additives, electrical conduction and thermal conduction enhancement additives.
  • the main additives are antioxidant additives whose role is to protect the polymer against oxidation.
  • the thermal stabilizing additives are substantially identical to the antioxidant additives.
  • the antioxidant additives are at least one of polyphenolics and organic phosphites.
  • the electrical and thermal conduction enhancement additives are, for example, zinc oxides.
  • the PTC-resistant electroconductive polymer layer has a thickness of between 10 ⁇ m and 1.5 mm, preferably between 100 ⁇ m and 300 ⁇ m.
  • the very thin heating film can easily be inserted into different elements of the passenger compartment of a motor vehicle such as the dashboard, the ceiling lamp or the interior of the doors.
  • each of the first electrode and the second electrode is made of copper, of copper alloy, of aluminum, of aluminum alloy, of silver, of silver alloy, of nickel, of nickel alloy or electroconductive carbon fiber.
  • the conductive electrodes may have a thickness of a few hundred ⁇ ngström to a few tens of microns. Preferably, the conductive electrodes may have a thickness between 1 and 100 microns, or even between 1 and 10 microns.
  • the PTC resistance polymer heating film further comprises at least one electrical insulation layer disposed on at least one of the first electrode and the second electrode.
  • the at least one layer of electrical insulation can electrically isolate the heating film.
  • a first electrical insulation layer is disposed on the first electrode and a second electrical insulation layer is disposed on the second electrode.
  • the electroconductive polymer layer CTP resistance is perforated so as to have an electrically resistive geometry.
  • the PTC resistance polymer heating film is flexible.
  • the heating film is similar to a textile and is very flexible.
  • the present invention furthermore relates to a process for manufacturing a PTC resistance polymer heating film as described above, characterized in that said process comprises the steps of hot mixing the thermoplastic polymer matrix in phase. melting, the conductive fillers and, if appropriate, the additives so as to form the PTC-resistant electroconductive polymer layer, disposing the first surface electrode on all of one of the faces of the PTC-resistance electroconductive polymer layer; and arranging the second surface electrode over the entire opposite side of the faces of the PTC resistor electroconductive polymer layer.
  • the hot implementation makes it possible to have a perfect cohesion between the polymer matrix and the two metal electrodes, that is to say a good ohmic and thermal contact between the polymer and the electrodes.
  • the electroconductive polymer layer CTP resistance is shaped by extrusion, extrusion calendering, compression or thermoforming.
  • Each of the aforementioned methods provides a controlled thickness of the polymer layer of the heating film.
  • said method further comprises the step of inserting metal elements at least partially into the electroconductive polymer layer CTP resistance during its shaping, said metal elements allowing the arrangement of the first and second electrodes on the PTC resistor electroconductive polymer layer.
  • the metal elements are preferably copper, aluminum, silver, nickel or metal alloy.
  • FIG. 1 is a perspective view of a PTC resistance polymer heating film according to a first embodiment of the invention.
  • FIG. 1 is a perspective view of a PTC resistance polymer heating film according to a second embodiment of the invention.
  • FIG. 1 With reference to FIG. 1, it can be seen that there is shown a PTC resistance polymer film 1 according to a first embodiment of the invention.
  • the PTC resistance polymer film 1 comprises an electroconductive polymer layer CTP 2, a first surface electrode 3 covering one of the faces of the PTC 2 electroconductive polymer layer and a second surface electrode 4 covering the other opposed faces of the electroconductive polymer layer CTP 2 resistance.
  • the CTP 2 electroconductive polymer layer comprises a thermoplastic polymer matrix in which conductive fillers are distributed in order to allow conduction of electricity.
  • the electroconductive polymer layer 2 of the heating film 1 is thus heat-sensitive and has a variable electrical resistance as a function of temperature.
  • the resistivity of the CTP-resistance polymer layer 2 of the heating film 1 is volumetric, and the self-regulation of the heating film 1 is localized, that is to say that the polymer layer 2 has the possibility of locating the function. heating on a surface.
  • the polymer heating film 1 is self-regulating, dissipating electric power by volume and having the ability to modulate the power as a function of the temperature of the surface or the perceived radiation and this thanks to the polymeric plastic material.
  • the heating film 1 When the heating film 1 is placed on a support for heating this support, the heating film 1 will heat up by applying a power density as a function of the temperature of the support.
  • the heating film 1 can read the surface temperature of the support and adapt only the power to be dissipated to maintain the entire surface of the support at the same temperature.
  • the power density on the surface is thus modulated according to the local thermal need.
  • the heating film 1 may for example be inserted into the dashboard structures of motor vehicles or mirrors for anti-freeze functions.
  • the polymer of the polymer layer 2 is a thermoplastic polymer doped with electrically conductive particles.
  • the conductive fillers distributed in the PTC 2 resistance polymer layer are at least one of carbon black particles, carbon nanotubes, and metal particles.
  • the CTP 2 electroconductive polymer layer may also comprise, distributed in the thermoplastic polymer matrix, at least one of thermal stabilizing additives, antioxidant additives, electrical conduction enhancement additives and enhancement additives. thermal conduction.
  • the main additives are antioxidant additives whose role is to protect the polymer against oxidation.
  • the thermal stabilizing additives are substantially identical to the antioxidant additives.
  • the antioxidant additives are at least one of polyphenolics and organic phosphites.
  • the electrical and thermal conduction enhancement additives are, for example, zinc oxides.
  • the electroconductive polymer layer CTP 2 has a thickness of between 10 microns and 1.5 mm, preferably between 100 microns and 300 microns.
  • the very thin heating film 1 can thus easily be inserted into different elements of the passenger compartment of a motor vehicle such as the dashboard, the ceiling lamp or the interior of the doors.
  • Each of the first electrode 3 and the second electrode 4 is made of copper, copper alloy, aluminum, aluminum alloy or electroconductive carbon fibers.
  • CTP 2 electroconductive polymer layer could also be perforated so as to have an electrically resistive geometry, without departing from the scope of the present invention.
  • the polymer resistance film CTP 1 is flexible and is similar to a textile.
  • the present invention also relates to a method of manufacturing the CTP 1 polymer resistance heating film, said method comprising the steps of: hot mixing the thermoplastic polymer matrix in the melting phase, the conductive fillers and, if appropriate, the additives of in order to form the CTP 2 electroconductive polymer layer, to arrange the first surface electrode 3 on one side of the CTP 2 electroconductive polymer layer, and to arrange the second surface electrode 4 on the opposite side faces of the electroconductive polymer layer with CTP resistance 2.
  • the PTC 2 electroconductive polymer layer is shaped by extrusion, calender extrusion, compression or thermoforming, thereby obtaining a controlled thickness of the polymer layer 2 of the heating film 1.
  • the manufacturing method could also include a step of inserting metal elements at least partially in the electroconductive polymer layer CTP resistance 2 during its shaping, said metal elements allowing the arrangement of the first and second electrodes 3, 4 on the electroconductive polymer layer with CTP resistance 2.
  • the PTC resistance polymer film 5 according to the second embodiment is identical to the PTC resistance polymer film 1 according to the first embodiment, except that the heating film 5 further comprises a first layer of electrical insulation 6 disposed on the first surface electrode 3 and a second electrical insulation layer 7 disposed on the second surface electrode 4, the first and second electrical insulation layers 6 and 7 for electrically isolating the heating film 5 vis- to the outside.

Landscapes

  • Resistance Heating (AREA)
  • Thermistors And Varistors (AREA)
  • Surface Heating Bodies (AREA)

Abstract

L'invention a pour objet un film chauffant polymère à résistance à coefficient de température positif, CTP, (1) comprenant une couche polymère électroconductrice à résistance CTP, caractérisé par le fait que la couche polymère électroconductrice à résistance CTP est une couche de polymère électroconductrice à résistance CTP (2) comprenant une matrice de polymère thermoplastique dans laquelle sont réparties des charges conductrices, le film chauffant polymère à résistance CTP (1) comprenant en outre une première électrode surfacique (3) recouvrant l'une des faces de la couche de polymère électroconductrice à résistance CTP (2) et une seconde électrode surfacique (4) recouvrant l'autre opposée des faces de la couche de polymère électroconductrice à résistance CTP (2). L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un tel film chauffant polymère à résistance CTP (1).

Description

FILM CHAUFFANT POLYMERE A RESISTANCE A COEFFICIENT DE TEMPERATURE POSITIF ET SON PROCEDE DE FABRICATION
La présente invention concerne le domaine des films chauffants, et porte en particulier sur un film chauffant polymère à résistance à coefficient de température positif, notamment pour le domaine automobile, et sur son procédé de fabrication.
Dans le cas des véhicules automobiles à moteur thermique (diesel ou essence), le moteur thermique assure la fonction de chauffage dans l’habitacle du véhicule pour le confort de l’utilisateur, la quantité d’énergie disponible pour chauffer l’habitacle étant de l’ordre de 6 à 8 kW.
Cependant, dans le cas des véhicules automobiles à moteur électrique, l’énergie disponible pour le chauffage de l’habitacle est seulement de l’ordre de 1 à 2 kW. Il est donc nécessaire d’apporter un confort thermique en répartissant des éléments chauffants dans l’habitacle du véhicule automobile à moteur électrique, les éléments chauffants pouvant, par exemple, être disposés dans le tableau de bord, le plafonnier et/ou à l’intérieur des portes.
Dans le domaine des surfaces chauffantes, on connaît les films chauffants souples constitués de pistes résistives filaires à base d’alliage métallique, de pistes résistives gravées ou de pistes en polymère. Ces pistes sont prises en sandwich entre deux films d’isolation électrique où le fil résistif parcourt un chemin sur une trame. Les pistes résistives ou la résistance électrique de ces pistes ne varient pas ou très faiblement en fonction de la température. Dans le cas du fil résistif, il est possible d’avoir une variation de la résistance électrique avec la température lorsque le fil résistif est un polymère, mais le chauffage n’est pas continu. En outre, ces types de film chauffant fonctionnent en tout ou rien et doivent être pilotés par un dispositif de type thermostat.
Les inconvénients de ces films chauffants existants sont : le pilotage du film chauffant avec un thermostat, le besoin de définir le film chauffant en amont en fonction du besoin de chauffage, le surdimensionnement du film chauffant pour prévoir les conditions extrêmes, la destruction du film chauffant lorsqu’il est emprisonné dans une forte épaisseur d’isolant thermique, et un chauffage qui suit les pistes conductrices et non un chauffage continu et homogène.
Pour répartir le chauffage dans l’habitacle d’un véhicule automobile, les solutions existantes sont les fils chauffants ou les films chauffants à puissance constante. Cependant, il n’existe pas aujourd’hui de film chauffant flexible auto régulé ou auto limitant en puissance électrique, l’auto limitation signifiant que la puissance dissipée est susceptible de varier positivement ou négativement en fonction du besoin.
La demande de brevet européen EP2127473A2 divulgue un film chauffant comprenant une feuille à résistance à coefficient de température positif, CTP, en contact avec des électrodes filaires. Cependant, ce film chauffant à effet CTP ne permet pas d’obtenir une résistivité volumique du film chauffant de manière à dissiper une puissance électrique homogène par le volume et ne permet pas une auto régulation localisée du film chauffant.
La présente invention vise à résoudre les inconvénients de l’état antérieur de la technique, en proposant un film chauffant polymère à résistance à coefficient de température positif, CTP, comprenant une couche de polymère électroconductrice à résistance CTP recouverte par deux électrodes surfaciques, ce qui permet d’obtenir un chauffage homogène du film chauffant par le volume et une auto régulation localisée du film chauffant en fonction de la température.
La présente invention a donc pour objet un film chauffant polymère à résistance à coefficient de température positif, CTP, comprenant une couche polymère électroconductrice à résistance CTP, caractérisé par le fait que la couche polymère électroconductrice à résistance CTP est une couche de polymère électroconductrice à résistance CTP comprenant une matrice de polymère thermoplastique dans laquelle sont réparties des charges conductrices, le film chauffant polymère à résistance CTP comprenant en outre une première électrode surfacique recouvrant la totalité de l’une des faces de la couche de polymère électroconductrice à résistance CTP et une seconde électrode surfacique recouvrant la totalité de l’autre opposée des faces de la couche de polymère électroconductrice à résistance CTP.
Les charges conductrices réparties dans la couche de polymère permettent la conduction d’électricité.
Les première et seconde électrodes surfaciques peuvent recouvrir chacune la totalité de l’une des deux faces de la couche de polymère.
Ainsi, la couche de polymère électroconductrice du film chauffant est thermosensible et possède une résistance électrique variable en fonction de la température pour en faire un capteur de température et un élément chauffant ayant une densité de puissance variable localement en fonction de la température du support ou de l’ambiance.
Le film chauffant « dit intelligent » est approprié pour des applications automobiles, l’intelligence du film chauffant venant de sa capacité à réaliser un chauffage localisé pour répondre à un besoin thermique.
L’application du film chauffant dans le domaine automobile permet une répartition du confort thermique dans l’habitacle du véhicule automobile de façon simple, économique et efficace.
La résistivité du film chauffant est volumique, et l’auto régulation du film chauffant est localisée, c'est-à-dire que la couche de polymère à effet CTP a la possibilité de localiser la fonction de chauffage sur une surface.
Le film chauffant polymère est auto régulé, dissipant une puissance électrique par le volume et ayant la capacité de moduler la puissance en fonction de la température de la surface ou du rayonnement perçu et cela grâce à la matière plastique polymère.
L’invention permet d’obtenir un film chauffant simple dont la structure à base de polymère conducteur d’électricité est suffisamment simple pour en permettre la réalisation en grand nombre et à coût réduit.
Le schéma électrique équivalent du film chauffant polymère s’apparente à une infinité de résistances électriques variables en fonction de la température entre les première et seconde électrodes.
Lorsque le film chauffant est posé sur un support pour chauffer ce support, le film va chauffer en appliquant une densité de puissance en fonction du support.
Le film chauffant peut lire la température de surface du support et adapter seul la puissance à dissiper pour maintenir la totalité de la surface du support à la même température. La densité de puissance sur la surface est ainsi modulée en fonction du besoin thermique local. La densité de puissance sera plus importante sur les zones froides de la surface du support, et la densité de puissance sera plus faible sur la partie de surface du support plus chaude.
Les avantages du film chauffant polymère à effet CTP selon l’invention sont : une densité de puissance adaptée au support, un chauffage continu sur la surface du support, une économie de consommation d’énergie par l’auto adaptation du chauffage par rapport au besoin thermique, une absence de circuit de pilotage avec thermostat complexe, une absence de circuit de surveillance par l’auto limitation de la puissance électrique, une absence de double, triple ou quadruple circuit de chauffage pour augmenter ou diminuer la densité de puissance en fonction de la zone à chauffer, une flexibilité mécanique, une solution qui peut être par exemple insérée dans les structures de tableau de bord de véhicules automobiles ou dans les rétroviseurs pour des fonctions de mise en hors gel, et une solution pouvant être mise en sandwich dans des structures composites.
Sous tension électrique à courant continu de 12V, et par effet Joule, la couche de polymère conducteur thermosensible ayant une résistance électrique variable va dissiper des calories. Le polymère de la couche de polymère à effet CTP est un polymère spécifique pour des applications en très basse tension de sécurité (12V) ou pour des applications basses tensions (230V).
Le polymère de la matrice de polymère thermoplastique est un polymère thermoplastique dopé avec de fines particules conductrices de l’électricité. Le polymère peut être du polyéthylène haute densité, des mélanges de polymères haute et basse densités (polyéthylène, polyéthylène haute densité, polyéthylène basse densité), des mélanges de polymères (de type polyéthylène + polypropylène), du polyéthylène associé à des oligomères (de type éthylène-acétate de vinyle (EVA), éthylène-acétate de butyle (EBA), éthylène-acrylate d'éthyle (EEA)), des fluoro-polymères (poly(fluorure de vinylidène) (PVDF), éthylène tétrafluoroéthylène (ETFE), perfluoroalkoxy (PFA)), des thermoplastiques élastomères, des polyesters.
Les particules peuvent être du noir de carbone, des nanoparticules de carbone.
Selon une caractéristique particulière de l’invention, les charges conductrices sont au moins un élément parmi des particules de noir de carbone, des nanotubes de carbone et des particules métalliques.
Ainsi, les charges conductrices permettent la conduction d’électricité dans le volume de la couche de polymère afin de chauffer cette dernière.
Selon une caractéristique particulière de l’invention, la couche de polymère électroconductrice à résistance CTP comprend en outre, réparti dans la matrice de polymère thermoplastique, au moins un élément parmi des additifs de stabilisation thermique, des additifs antioxydants, des additifs d’amélioration de conduction électrique et des additifs d’amélioration de conduction thermique.
Les principaux additifs sont les additifs antioxydants qui ont pour rôle de protéger le polymère contre l’oxydation.
Les additifs de stabilisation thermique sont sensiblement identiques aux additifs antioxydants.
Les additifs antioxydants sont au moins l’un parmi les polyphénoliques et les phosphites organiques.
Les additifs d’amélioration de conduction électrique et thermique sont, par exemple, les oxydes de zinc.
Selon une caractéristique particulière de l’invention, la couche de polymère électroconductrice à résistance CTP possède une épaisseur comprise entre 10 µm et 1,5 mm, de préférence entre 100 µm et 300 µm.
Ainsi, le film chauffant très mince peut facilement être inséré dans différents éléments de l’habitacle d’un véhicule automobile tels que le tableau de bord, le plafonnier ou l’intérieur des portes.
Selon une caractéristique particulière de l’invention, chacune de la première électrode et de la seconde électrode est en cuivre, en alliage de cuivre, en aluminium, en alliage d’aluminium, en argent, en alliage d’argent, en nickel, en alliage de nickel ou en fibres de carbone électroconducteur.
Les électrodes conductrices peuvent avoir une épaisseur de quelques centaines d’Ångström à quelques dizaines de microns. De façon préférée, les électrodes conductrices peuvent avoir une épaisseur entre 1 et 100 microns, voire entre 1 et 10 microns.
Selon une caractéristique particulière de l’invention, le film chauffant polymère à résistance CTP comprend en outre au moins une couche d’isolation électrique disposée sur au moins l’une de la première électrode et de la seconde électrode.
Ainsi, l’au moins une couche d’isolation électrique permet d’isoler électriquement le film chauffant.
De préférence, une première couche d’isolation électrique est disposée sur la première électrode et une seconde couche d’isolation électrique est disposée sur la seconde électrode.
Selon une caractéristique particulière de l’invention, la couche de polymère électroconductrice à résistance CTP est perforée de manière à avoir une géométrie électriquement résistive.
Selon une caractéristique particulière de l’invention, le film chauffant polymère à résistance CTP est souple.
Ainsi, le film chauffant s’apparente à un textile et est d’une grande souplesse.
La présente invention a en outre pour objet un procédé de fabrication d’un film chauffant polymère à résistance CTP tel que décrit ci-dessus, caractérisé par le fait que ledit procédé comprend les étapes consistant à mélanger à chaud la matrice de polymère thermoplastique en phase fusion, les charges conductrices et, le cas échéant, les additifs de manière à former la couche de polymère électroconductrice à résistance CTP, à disposer la première électrode surfacique sur la totalité de l’une des faces de la couche de polymère électroconductrice à résistance CTP, et à disposer la seconde électrode surfacique sur la totalité de l’autre opposée des faces de la couche de polymère électroconductrice à résistance CTP.
Ainsi, la mise en œuvre à chaud permet d’avoir une parfaite cohésion entre la matrice de polymère et les deux électrodes métalliques, c’est-à-dire un bon contact ohmique et thermique entre le polymère et les électrodes.
Selon une caractéristique particulière de l’invention, la couche de polymère électroconductrice à résistance CTP est mise en forme par extrusion, par extrusion calandrage, par compression ou par thermoformage.
Chacun des procédés précités permet d’obtenir une épaisseur contrôlée de la couche de polymère du film chauffant.
Selon une caractéristique particulière de l’invention, ledit procédé comprend en outre l’étape consistant à insérer des éléments métalliques au moins partiellement dans la couche de polymère électroconductrice à résistance CTP lors de sa mise en forme, lesdits éléments métalliques permettant la disposition des première et seconde électrodes sur la couche de polymère électroconductrice à résistance CTP.
Différentes techniques d’impression ou de dépôt peuvent être utilisées pour réaliser les électrodes :
  • dépôts métalliques : dépôts PVD (dépôt physique en phase vapeur) ou CVD (dépôt chimique en phase vapeur) de différent métaux ; et/ou
  • impression d’encre conductrice électrique chargée de particules ou de nanoparticules conductrices organiques ou métalliques.
Les éléments métalliques sont de préférence en cuivre, en aluminium, en argent, en nickel ou en alliage métallique.
Pour mieux illustrer l’objet de la présente invention, on va en décrire ci-après, à titre illustratif et non limitatif, deux modes de réalisation préférés, avec référence aux dessins annexés.
Sur ces dessins :
est une vue en perspective d’un film chauffant polymère à résistance CTP selon un premier mode de réalisation de l’invention ; et
est une vue en perspective d’un film chauffant polymère à résistance CTP selon un second mode de réalisation de l’invention.
Si l’on se réfère à la Figure 1, on peut voir qu’il y est représenté un film chauffant polymère à résistance CTP 1 selon un premier mode de réalisation de l’invention.
Le film chauffant polymère à résistance CTP 1 comprend une couche de polymère électroconductrice à résistance CTP 2, une première électrode surfacique 3 recouvrant l’une des faces de la couche de polymère électroconductrice à résistance CTP 2 et une seconde électrode surfacique 4 recouvrant l’autre opposée des faces de la couche de polymère électroconductrice à résistance CTP 2.
La couche de polymère électroconductrice à résistance CTP 2 comprend une matrice de polymère thermoplastique dans laquelle sont réparties des charges conductrices afin de permettre une conduction d’électricité.
La couche de polymère électroconductrice 2 du film chauffant 1 est ainsi thermosensible et possède une résistance électrique variable en fonction de la température.
La résistivité de la couche de polymère à résistance CTP 2 du film chauffant 1 est volumique, et l’auto régulation du film chauffant 1 est localisée, c'est-à-dire que la couche de polymère 2 a la possibilité de localiser la fonction de chauffage sur une surface.
Le film chauffant 1 polymère est auto régulé, dissipant une puissance électrique par le volume et ayant la capacité de moduler la puissance en fonction de la température de la surface ou du rayonnement perçu et cela grâce à la matière plastique polymère.
Lorsque le film chauffant 1 est posé sur un support pour chauffer ce support, le film chauffant 1 va chauffer en appliquant une densité de puissance en fonction de la température du support.
Le film chauffant 1 peut lire la température de surface du support et adapter seul la puissance à dissiper pour maintenir la totalité de la surface du support à la même température. La densité de puissance sur la surface est ainsi modulée en fonction du besoin thermique local.
Le film chauffant 1 peut être par exemple inséré dans les structures de tableau de bord de véhicules automobiles ou dans les rétroviseurs pour des fonctions de mise en hors gel.
Sous tension électrique à courant continu de 12V, et par effet Joule, la couche de polymère 2 ayant une résistance électrique variable va dissiper des calories.
Le polymère de la couche de polymère 2 est un polymère thermoplastique dopé de particules conductrices de l’électricité.
Les charges conductrices réparties dans la couche de polymère à résistance CTP 2 sont au moins un élément parmi des particules de noir de carbone, des nanotubes de carbone et des particules métalliques.
La couche de polymère électroconductrice à résistance CTP 2 peut également comprendre, réparti dans la matrice de polymère thermoplastique, au moins un élément parmi des additifs de stabilisation thermique, des additifs antioxydants, des additifs d’amélioration de conduction électrique et des additifs d’amélioration de conduction thermique.
Les principaux additifs sont les additifs antioxydants qui ont pour rôle de protéger le polymère contre l’oxydation.
Les additifs de stabilisation thermique sont sensiblement identiques aux additifs antioxydants.
Les additifs antioxydants sont au moins l’un parmi les polyphénoliques et les phosphites organiques.
Les additifs d’amélioration de conduction électrique et thermique sont, par exemple, les oxydes de zinc.
La couche de polymère électroconductrice à résistance CTP 2 possède une épaisseur comprise entre 10 µm et 1,5 mm, de préférence entre 100 µm et 300 µm. Le film chauffant 1 très mince peut ainsi facilement être inséré dans différents éléments de l’habitacle d’un véhicule automobile tels que le tableau de bord, le plafonnier ou l’intérieur des portes.
Chacune de la première électrode 3 et de la seconde électrode 4 est en cuivre, en alliage de cuivre, en aluminium, en alliage d’aluminium ou en fibres de carbone électroconducteur.
Il est à noter que la couche de polymère électroconductrice à résistance CTP 2 pourrait également être perforée de manière à avoir une géométrie électriquement résistive, sans s’écarter du cadre de la présente invention.
Le film chauffant polymère à résistance CTP 1 est souple et s’apparente à un textile.
La présente invention porte également sur un procédé de fabrication du film chauffant polymère à résistance CTP 1, ledit procédé comprenant les étapes consistant à mélanger à chaud la matrice de polymère thermoplastique en phase fusion, les charges conductrices et, le cas échéant, les additifs de manière à former la couche de polymère électroconductrice à résistance CTP 2, à disposer la première électrode surfacique 3 sur l’une des faces de la couche de polymère électroconductrice à résistance CTP 2, et à disposer la seconde électrode surfacique 4 sur l’autre opposée des faces de la couche de polymère électroconductrice à résistance CTP 2.
La couche de polymère électroconductrice à résistance CTP 2 est mise en forme par extrusion, par extrusion calandrage, par compression ou par thermoformage, ce qui permet d’obtenir une épaisseur contrôlée de la couche de polymère 2 du film chauffant 1.
Le procédé de fabrication pourrait également comprendre une étape consistant à insérer des éléments métalliques au moins partiellement dans la couche de polymère électroconductrice à résistance CTP 2 lors de sa mise en forme, lesdits éléments métalliques permettant la disposition des première et seconde électrodes 3, 4 sur la couche de polymère électroconductrice à résistance CTP 2.
Si l’on se réfère à la Figure 2, on peut voir qu’il y est représenté un film chauffant polymère à résistance CTP 5 selon un second mode de réalisation de l’invention.
Les éléments communs entre le premier mode de réalisation de l’invention sur la Figure 1 et ce second mode de réalisation de l’invention portent le même chiffre de référence, et ne seront pas décrits plus en détail ici lorsqu’ils sont de structures identiques.
Le film chauffant polymère à résistance CTP 5 selon le second mode de réalisation est identique au film chauffant polymère à résistance CTP 1 selon le premier mode de réalisation, à l’exception du fait que le film chauffant 5 comprend en outre une première couche d’isolation électrique 6 disposée sur la première électrode surfacique 3 et une seconde couche d’isolation électrique 7 disposée sur la seconde électrode surfacique 4, les première et seconde couches d’isolation électrique 6 et 7 permettant d’isoler électriquement le film chauffant 5 vis-à-vis de l’extérieur.

Claims (11)

  1. – Film chauffant polymère à résistance à coefficient de température positif, CTP, (1 ; 5) comprenant une couche polymère électroconductrice à résistance CTP, caractérisé par le fait que la couche polymère électroconductrice à résistance CTP est une couche de polymère électroconductrice à résistance CTP (2) comprenant une matrice de polymère thermoplastique dans laquelle sont réparties des charges conductrices, le film chauffant polymère à résistance CTP (1 ; 5) comprenant en outre une première électrode surfacique (3) recouvrant la totalité de l’une des faces de la couche de polymère électroconductrice à résistance CTP (2) et une seconde électrode surfacique (4) recouvrant la totalité de l’autre opposée des faces de la couche de polymère électroconductrice à résistance CTP (2).
  2. - Film chauffant polymère à résistance CTP (1 ; 5) selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les charges conductrices sont au moins un élément parmi des particules de noir de carbone, des nanotubes de carbone et des particules métalliques.
  3. – Film chauffant polymère à résistance CTP (1 ; 5) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que la couche de polymère électroconductrice à résistance CTP (2) comprend en outre, réparti dans la matrice de polymère thermoplastique, au moins un élément parmi des additifs de stabilisation thermique, des additifs antioxydants, des additifs d’amélioration de conduction électrique et des additifs d’amélioration de conduction thermique.
  4. – Film chauffant polymère à résistance CTP (1 ; 5) selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la couche de polymère électroconductrice à résistance CTP (2) possède une épaisseur comprise entre 10 µm et 1,5 mm, de préférence entre 100 µm et 300 µm.
  5. – Film chauffant polymère à résistance CTP (1 ; 5) selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que chacune de la première électrode (3) et de la seconde électrode (4) est en cuivre, en alliage de cuivre, en aluminium, en alliage d’aluminium, en argent, en alliage d’argent, en nickel, en alliage de nickel ou en fibres de carbone électroconducteur.
  6. – Film chauffant polymère à résistance CTP (5) selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait qu’il comprend en outre au moins une couche d’isolation électrique (6, 7) disposée sur au moins l’une de la première électrode (3) et de la seconde électrode (4).
  7. – Film chauffant polymère à résistance CTP (1 ; 5) selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que la couche de polymère électroconductrice à résistance CTP (2) est perforée de manière à avoir une géométrie électriquement résistive.
  8. – Film chauffant polymère à résistance CTP (1 ; 5) selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé par le fait que le film chauffant à résistance CTP (1 ; 5) est souple.
  9. - Procédé de fabrication d’un film chauffant polymère à résistance CTP (1 ; 5) selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que ledit procédé comprend les étapes consistant à mélanger à chaud la matrice de polymère thermoplastique en phase fusion, les charges conductrices et, le cas échéant, les additifs de manière à former la couche de polymère électroconductrice à résistance CTP (2), à disposer la première électrode surfacique (3) sur la totalité de l’une des faces de la couche de polymère électroconductrice à résistance CTP (2), et à disposer la seconde électrode surfacique (3) sur la totalité de l’autre opposée des faces de la couche de polymère électroconductrice à résistance CTP (2).
  10. - Procédé selon la revendication 9, caractérisé par le fait que la couche de polymère électroconductrice à résistance CTP (2) est mise en forme par extrusion, par extrusion calandrage, par compression ou par thermoformage.
  11. - Procédé selon la revendication 9 ou 10, caractérisé par le fait que ledit procédé comprend en outre l’étape consistant à insérer des éléments métalliques au moins partiellement dans la couche de polymère électroconductrice à résistance CTP (2) lors de sa mise en forme, lesdits éléments métalliques permettant la disposition des première (3) et seconde (4) électrodes sur la couche de polymère électroconductrice à résistance CTP (2).
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