EP0473515B1 - Method for making a absorbing shield based on electronic conductive polymer - Google Patents

Method for making a absorbing shield based on electronic conductive polymer Download PDF

Info

Publication number
EP0473515B1
EP0473515B1 EP19910402331 EP91402331A EP0473515B1 EP 0473515 B1 EP0473515 B1 EP 0473515B1 EP 19910402331 EP19910402331 EP 19910402331 EP 91402331 A EP91402331 A EP 91402331A EP 0473515 B1 EP0473515 B1 EP 0473515B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
polymer
insulating
layer
layers
monomer
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP19910402331
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0473515A1 (en
Inventor
Laurent Olmedo
Paul Raimond
Jean Tanguy
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.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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 Commissariat a lEnergie Atomique CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP0473515A1 publication Critical patent/EP0473515A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP0473515B1 publication Critical patent/EP0473515B1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/06Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances
    • H01B1/12Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors mainly consisting of other non-metallic substances organic substances
    • H01B1/124Intrinsically conductive polymers
    • H01B1/127Intrinsically conductive polymers comprising five-membered aromatic rings in the main chain, e.g. polypyrroles, polythiophenes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q17/00Devices for absorbing waves radiated from an antenna; Combinations of such devices with active antenna elements or systems

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a screen based on electronic conductive polymer intended to absorb hyper-frequencies in a large frequency range from 1 to 30GHz.
  • It can be used as an anechoid chamber coating (chamber without echo) for experimentation or as absorbent on ships, in the aeronautical field using light composite materials, as well as in airports.
  • These materials are in the form of thin layers produced with dense magnetic materials such as ferrite or from the dispersion of a charge of high magnetic permeability and / or electrical permittivity (ferrite powder or iron) in an appropriate organic binder (see documents EP-A-243 162, EP-A-90 432).
  • the composite absorbent materials of the mineral filler type dispersed in a binder are obtained by mixing a powder of a magnetic or dielectric compound and a binder powder then compression of the mixture.
  • the load percolation threshold is generally between 30 and 40% by mass. This high amount of charge is detrimental to the homogeneity and therefore the solidity of the material and often leads to heavy materials excluding them from the space domain.
  • microwave absorbing materials with a mineral dielectric charge have a relatively narrow "pass" band (absorption band), which further limits their field of application.
  • electrically conductive organic polymers forming a class of materials having many applications, both because of their electronic property (good electrical conductivity) and their electrochemical property (reversible doping).
  • electrically conductive organic polymers mention may be made of polyacetylenes, polypyrroles and polyanilines.
  • conductive polymers are mainly used for their electrochemical property in electrochemical generators (batteries) or electrochromic cells.
  • electrically conductive polymers have the drawback of lacking mechanical strength and of having a very high electrical conductivity, of the order of 10 to 100 ohms ⁇ 1 .cm ⁇ 1.
  • the subject of the invention is a method of manufacturing a new microwave absorbing screen based on electronic conductive polymer, in particular making it possible to remedy the above drawbacks.
  • the screen obtained is relatively light, which allows its use in the aeronautical field.
  • it has a much wider bandwidth than that of conventional screens with an inorganic conductive charge, which which allows its use in fields not accessible to the prior art.
  • the conductive polymer has a concentration of between 1 and 25% by weight of the alloy layer.
  • the amount of conductive polymer dispersed in the insulating polymer is much lower than that used in mineral-loaded screens, which facilitates the manufacture of the screen and improves its mechanical properties.
  • this quantity of conductive polymer it is possible to modulate the electrical conductivity of the screen according to the envisaged application.
  • step d) of the process of the invention a powder of composite material is obtained, perfectly homogeneous and directly usable for the preparation of the absorbent screen, which makes it possible to avoid the operations of mixing the conductive polymer with the insulating polymer powder according to the conventional technology of absorbent screens with mineral charge which leads to concentrations in the conductive phase which are much too high.
  • the insulating polymer in the solution or suspension is in the form of micro-particles having an average particle size of 0.1 to 1 »m.
  • the emulsion or solution, formed during step c), is broken by adding a co-surfactant such as primary alcohols having from 1 to 10 carbon atoms such as methanol, ethanol, n-propanol, n-butanol, etc. After filtering, rinsing and drying the powder obtained can be compacted cold or hot, injected or extruded to form the absorbent layer or layers of the screen.
  • a co-surfactant such as primary alcohols having from 1 to 10 carbon atoms such as methanol, ethanol, n-propanol, n-butanol, etc.
  • Injection is a layer manufacturing technique, attractive since it makes it possible to obtain various shapes, in a short time (1 to 3 minutes), making it possible to limit any degradation of the material.
  • the pressures applied are chosen from 1 to 300 MPa.
  • the radio characteristics of the screen can be modulated.
  • An absorbent screen therefore has nothing to do with an electromagnetic shielding which must be conductive and thin in order to reflect the wave. incident.
  • the manufacture of these thin shields is not compatible with the manufacture of very thick absorbent screens.
  • the method of the invention it is possible to produce a multilayer screen.
  • several layers of interpenetrate are formed each time repeating steps a) to e) and each time changing the nature and / or the concentration of the monomer and / or the nature of the insulating polymer so as to obtain layers of different electrical conductivities and these different layers are stacked.
  • the following steps can be carried out: formation of a first powder of given conductivity and cold compression of this powder to form the first layer; formation of a second powder, as described above, of conductivity different from the first, spreading of this second powder on the first layer then cold compression of the assembly and so on.
  • the screen comprises several stacked layers of different electrical conductivities, the electrical conductivity of this stack of layers decreasing from the first layer to the last layer.
  • the lower layer is generally supported by an electrically conductive support and the upper layer is generally in contact with air.
  • An impedance matching in the thickness of the screen is thus obtained, which further increases its "pass" band (or absorption band).
  • the conductive support can be a metal plate, a carbon fiber textile, a metallized polymer film or even a conductive paint.
  • the rigidity of the assembly is due to the polymer layers based on conductive polymer.
  • the screen For concentrations of monomer in the solution or suspension, less than 1 part by weight per 100 parts of insulating polymer (which corresponds to concentrations less than 1% by weight of conductive polymer in the alloy), the screen is transparent to microwaves and for monomer concentrations greater than 30 parts by weight per 100 parts by weight of insulating polymer (which corresponds to concentrations greater than 25% by weight of conductive polymer in the alloy), the properties d absorption is degraded and the screen then plays the role of a microwave reflector.
  • the electronic conductive organic polymers which can be used in the invention can be copolymers or homopolymers which can be produced in a liquid medium and in particular in an aqueous medium from one or more monomers.
  • polypyrroles By way of example of such polymers, mention may be made of polypyrroles, polyanilines and polythiophenes, which are produced by chemical oxidation of the corresponding monomers in a solvent medium. It is specified that the term “polypyrroles” designates here the homopolymers and the copolymers of pyrrole and / or pyrrole derivatives such as those mentioned in documents FR-A-2 616 790 and EP-A-0 105 768.
  • the monomer comprises a heteroatom in the cyclic chain and preferably is chosen from pyrrole, thiophene, bithiophene or an alkyl-3-thiophene having from 1 to 12 carbon atoms.
  • the percolation threshold of the conductive polymer in the insulating polymer depends on the nature of the conductive polymer.
  • oxidizing agents are used to polymerize the pyrrole in solution whose Redox potential is close to that of pyrrole.
  • ferric perchlorate ferric sulfate, iron or copper chloride, double ammonium and cerium nitrate, ammonium persulfate and cation salts or organic cation radicals, for example methyl-10-phenothiazinium perchlorate.
  • the solvents used can be very diverse. Thus, water, aqueous acid solutions such as sulfuric acid, perchloric acid and organic solvents such as acetonitrile, nitrobenzene, chloroform and dichloromethane can be used. It is also possible to use the solvents mentioned in document US-A-4 617 353. These solvents must be compatible with the polymerization reaction of the chosen monomer.
  • water or acidic aqueous solutions are used for the polymerization of pyrrole and aniline, and acetonitrile, chloroform or nitrobenzene is used for the polymerization of thiophene, bithiophene and 3-alkylthiophenes.
  • the electrically conductive organic polymer can also be a nitrogenous polymer such as those described in FR-A-2 588 007, which can also be prepared by oxidation by chemical route, preferably in an acid medium containing fluoride ions.
  • Electrically conductive organic polymers are, unlike mineral fillers, compatible with all conventional thermoplastics. Thus, they can be implemented by conventional pressing, injection, extrusion, etc. techniques. thus minimizing their manufacturing cost. In addition, these electronic conductive polymers have a strong film-forming ability, thus making it possible to produce multilayer laminates.
  • the insulating polymers which can be used in the invention must have good thermomechanical characteristics and must be emulsifiable, for example in water, since the polymerization reaction of the electronic conductive polymer is carried out in an aqueous medium.
  • These insulating polymers can be homopolymers or copolymers.
  • insulating polymers examples include polytetrafluoroethylene (PTFE) commonly known as teflon, polyvinylidene fluoride (PVDF) and polyvinylidene chloride (PVDC) which are insoluble in most organic solvents and which can be used. suspended in water in the form of very fine particles or emulsion.
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • PVDC polyvinylidene chloride
  • PMMA Polymethyl methacrylate
  • PVC polyvinyl chloride
  • Pcarbonates polyphenylene oxides
  • polysulfones and all the insulating polymers cited in document US Pat. No. 4,617,353 can also be used. , which are soluble in most organic solvents.
  • a third family of insulating polymers both soluble in usual solvents and emulsifiable in water, such as the usual elastomer latexes (chloroprene, styrene-butadiene, isobutylene-isoprene copolymer, natural rubber, butadiene-acrylonitrile ,. ..) can be used.
  • elastomer latexes chloroprene, styrene-butadiene, isobutylene-isoprene copolymer, natural rubber, butadiene-acrylonitrile ,. ..
  • the insulating polymer is a perhalogenated polymer and in particular a perfluorinated and / or perchlorinated polymer.
  • the manufacture of a microwave absorbing monolayer screen according to the invention consists in reacting a monomer comprising at least one cyclic carbon chain with double bonds conjugated with an oxidant in a suspension of microparticles of the insulating polymer.
  • FIG. 1 represents the evolution of the conductivity ⁇ as a function of the concentration,% by mass, of polypyrrole doped with ClO ions - 4 a monolayer screen according to the invention, the insulating polymer being polytetrafluoroethylene.
  • the percolation threshold for polypyrrole in a screen according to the invention is less than 2% by mass. This property is quite characteristic of materials where the growth of the conductive phase unlike those obtained by simple mixing of a conductive powder in an insulating phase for which the percolation threshold is around 30 to 40% by mass.
  • This curve shows that one can obtain samples whose electrical conductivity is adjustable in a range of values less than 1 ohm ⁇ 1 .cm ⁇ 1, allowing use in microwave. It also shows that a conductivity of less than 1 ohm ⁇ 1.cm ⁇ 1 is obtained for a polypyrrole concentration of less than 10% by weight, the polypyrrole being doped with ClO ions. - 4 at a concentration of approximately 33 mol%.
  • the curve a in FIG. 2 represents the variations of the reflection coefficient R as a function of the incident frequency F of an absorbent screen according to the invention, consisting of a plate 5mm thick approximately of polypyrrole-teflon alloy with 5.57% of polypyrrole by weight, doped with 33% by mole in ClO ions - 4 .
  • Curve b represents the variations in the reflection coefficient as a function of the incident frequency for a dielectric aggregate material of approximately 5 mm, consisting of a mixture of epoxy resin and carbon black at 30% by weight of carbon black.
  • Curve c represents the variations in the reflection coefficient as a function of the frequency of a magnetic aggregate material of approximately 5 mm, consisting of a mixture of polychloroprene and spinel ferrite at 30% by volume of spinel ferrite.
  • the absorbent screen of the invention has bandwidth characteristics close to those of the magnetic material, which may seem a priori surprising for a dielectric material. Such behavior is explained by the nature of the frequency variation of the electrical permittivity which has, in the case of conductive polymers, a greater decrease than that of the mineral compounds, this results in a widening of the bandwidth as is clear from curves a and b.
  • Absorbent screen based on polypyrrole and polytetrafluroethylene.
  • the pulverulent product obtained is then filtered, rinsed with a 50/50 water-ethanol mixture and finally it is dried in an oven at 40 ° C.
  • a homogeneous plate with a surface area of 300mm2 and a thickness of approximately 5mm is then formed by cold compression of the dry powder under a pressure of 100MPa.
  • the electrical conductivity ⁇ of this screen is 6.5x10 ⁇ 5ohm ⁇ 1.cm ⁇ 1 and the real and imaginary parts ⁇ ′ and ⁇ ⁇ at 4GHz are respectively 10.0 and 8.0.
  • the conductivity measurement was made on a disc 50mm in diameter and 3mm thick, obtained by cold compression of the above dry powder at 100MPa, then metallized with gold by evaporation, using a Keithley 617 electrometer between each face. This measurement was perfectly reproducible.
  • Example 1 Six monolayer screens were manufactured as in Example 1 for different amounts of polypyrrole.
  • Table I gives the electrical conductivity ⁇ and the radioelectric characteristics of the screens obtained and in particular the real and imaginary parts ⁇ ′, ⁇ ⁇ of their electrical permittivity, as a function of the polypyrrole concentration in the screen, given in% by mass and the quantity of pyrrole in the solution, given in parts by weight per 100 parts by weight of teflon.
  • This table also gives the thickness of tuning of these screens as a function of the frequency.
  • the polypyrrole concentration in the alloy is given for a doping rate in perchlorate ions of around 33% by mole.
  • the conductivity was measured as in Example 1, the polypyrrole concentration was determined from the% N alloy /% N pyrrole ratio.
  • absorbent films based on polypyrrole were produced, the radioelectric characteristics and the electrical conductivities of which were determined as above, are given in the table.
  • a 100 ml solution of nitrobenzene containing 5 g of high molecular weight PVC is prepared. 6g of anhydrous FeCl3 are added to the solution which is stirred for ten minutes. 0.4 ml of pyrrole is introduced into the mixture, which leads to instant polymerization of the pyrrole. The polymerization is continued for 45 minutes under a stream of nitrogen.
  • the reaction mixture obtained is then poured dropwise into 1000 ml of ethanol. There is then precipitation of the polypyrrole-PVC alloy which is then filtered and rinsed with ethanol on sintered glass. The powder is dried under vacuum and is implemented by cold pressing. The polypyrrole concentration in the product obtained is approximately 8% by weight.
  • the microwave absorbing screen according to the invention can be a single-layer screen as described in Examples 1 to 7 and 10 or else a multi-layer screen as shown in FIG. 3.
  • This multi-layer screen has several layers 1, 2, 3, ..., n stacked, possibly on a conductive support 12 having decreasing electrical conductivities from layer 1 to layer n.
  • the following example relates to such a multilayer screen.
  • the lower layer or first layer may consist of a layer 2 mm thick according to Example 8
  • the second layer may consist of a layer 1.3 mm thick according to Example 4
  • the third layer consist of a 2.7mm thick layer according to Example 10.
  • the curves d, e and f of FIG. 4 relate to the evolution of the reflection coefficient R (expressed in decibels) with the frequency F (expressed in GHz) for the first, second and third layers alone and the curve g relates to this same development for the multilayer screen made up of these three layers.
  • Such a stack gives a screen which has attenuation at -10dB between 4.8 and 20 GHz.
  • the number of layers and the thickness of each of the layers depends on the application envisaged, the total thickness of the screen can vary from 1 to 10 mm.
  • Absorbent screen based on polycarbonate and polypyrrole.
  • the polymerization of the pyrrole is carried out with stirring, under an inert atmosphere for 1 hour.
  • the precipitation takes place in 30 liters of methanol at a flow rate of 50 ml / min. After filtration and washing with methanol, the powder is dried under vacuum at 20 ° C. The powder has a particle size of 120 »m and a conductivity of 3.4.10 ⁇ 2 ohms ⁇ 1.cm ⁇ 1 at room temperature.
  • the mixture is then transferred to a second reactor containing 30 liters of ethanol.
  • the transfer is carried out at a flow rate of 50 ml / min, with vigorous stirring, which makes it possible to control the size of the particles formed during precipitation.
  • the mixture is then transferred to a pressure filter and rinsed with ethanol until a colorless rinsing solution is obtained.
  • the powder is dried under vacuum at 20 ° C., then deagglomerated to form a fluid powder consisting of spheres with a diameter of 150 ⁇ m having an interpenetration of polypyrrole grains in the PVC spheres.
  • the powder is introduced into a mold previously heated to 170 ° C., of dimensions allowing, after cooling, to extract a coaxial test piece compatible with the measurement system used.
  • the mold is then pressurized with a pressure build-up speed of 3.8.107 Pa / min up to a maximum pressure of 18.107Pa (1800 bar). The pressure is then maintained for 3 minutes then the mold is extracted from the machine to be cooled. The sample is then ready for radio measurement.
  • Example 14 Injection of the powder.
  • the powder is introduced into the hopper of a injection molding machine, the temperature of the screw being adjusted by zone between 150 and 180 ° C and the mold being preheated to 60 ° C.
  • the molding pressure is around 1.2.108Pa with a total cycle time of 3 minutes.
  • the curves in FIGS. 7 and 8 give the evolution of the reflection coefficient R (in dB) as a function of the frequency of the incident wave (in GHz) for the screens of Examples 13 and 14 respectively and for different thicknesses.
  • Curves l and q relate to 1mm layers; the curves m and r of the 2mm layers; the n and s curves of the 3mm layers; the curves o and t of the 4mm layers and the curves p and u of the 5mm layers.
  • the injected material exhibits a quite remarkable behavior since on the one hand it remains resonant in a very large frequency range (4-16 GHz), which allows use in monolayer in a wide range of thicknesses and on the other hand, quite significant bandwidths (35% at 10 dB) with conservation of a few dB up to 20 GHz (Figure 8). Indeed, it is noted that a conventional absorbent has a relatively symmetrical absorption peak while the injected material, in thickness 2mm for example (curve r) has a rise not exceeding -6dB, which makes it interesting in applications putting it in association with insulating layers no longer working in this frequency range.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Description

La présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'un écran à base de polymère conducteur électronique destiné à absorber les hyper-fréquences dans un grand domaine de fréquences allant de 1 à 30GHz.The present invention relates to a method of manufacturing a screen based on electronic conductive polymer intended to absorb hyper-frequencies in a large frequency range from 1 to 30GHz.

Il peut être utilisé comme revêtement d'une chambre anéchoïde (chambre sans écho) pour l'expérimentation ou comme absorbant sur les navires, dans le domaine aéronautique utilisant des matériaux composites légers, ainsi que dans les aéroports.It can be used as an anechoid chamber coating (chamber without echo) for experimentation or as absorbent on ships, in the aeronautical field using light composite materials, as well as in airports.

Dans les aéroports à proximité de grandes villes et entourés de grandes constructions, les ondes hyper-fréquences émises et reçues par les tours de contrôle sont fortement perturbées. Aussi, la faible réflectivité des bâtiments des aéroports est essentielle afin de pouvoir diriger avec sûreté les avions sur les pistes d'atterrissage et d'envol. Actuellement, plusieurs grands aéroports internationaux sont concernés par ce problème.In airports near large cities and surrounded by large buildings, the microwave frequencies emitted and received by control towers are highly disturbed. Also, the low reflectivity of airport buildings is essential in order to be able to steer planes safely on runways and take-offs. Currently, several major international airports are affected by this problem.

Dans le domaine de la télévision, l'absorption de micro-ondes est aussi un problème crucial comme cela ressort clairement du document Proceedings of the International Conference on Ferrites, septembre-octobre 1980, Japon, "Countermeasures against TV Ghost Interference Using Ferrite" de Keiichi Akita, p. 885-889.In the television domain, microwave absorption is also a crucial problem, as is clear from the document Proceedings of the International Conference on Ferrites, September-October 1980, Japan, "Countermeasures against TV Ghost Interference Using Ferrite" by Keiichi Akita, p. 885-889.

Dans la suite du texte, on parlera de micro-ondes pour indiquer des ondes dont la longueur d'onde est comprise entre 30cm et 1cm.In the following text, we will speak of microwaves to indicate waves whose wavelength is between 30cm and 1cm.

Les matériaux destinés à absorber les micro-ondes avaient, jusqu'à présent, fait appel aux propriétés qu'avaient certains composés à engendrer des pertes diélectriques et/ou magnétiques liées à leur nature chimique.Materials intended to absorb microwaves had, until now, called upon the properties which certain compounds had to generate dielectric and / or magnetic losses related to their chemical nature.

Ces matériaux se présentent sous forme de couches minces réalisées avec des matériaux magnétiques denses tels que le ferrite ou à partir de la dispersion d'une charge de perméabilité magnétique et/ou permittivité électrique élevées (poudre de ferrite ou fer) dans un liant organique approprié (voir les documents EP-A-243 162, EP-A-90 432).These materials are in the form of thin layers produced with dense magnetic materials such as ferrite or from the dispersion of a charge of high magnetic permeability and / or electrical permittivity (ferrite powder or iron) in an appropriate organic binder (see documents EP-A-243 162, EP-A-90 432).

Ces solutions qui ont débouché sur un certain nombre d'applications industrielles et commerciales présentent cependant des limitations. Ainsi, l'emploi de composés magnétiques denses tels que le ferrite engendre des masses élevées directement liées à la forte densité de ces composés, limitant leur domaine d'application et les excluant notamment du domaine aéronautique.These solutions, which have led to a certain number of industrial and commercial applications, however have limitations. Thus, the use of dense magnetic compounds such as ferrite generates high masses directly linked to the high density of these compounds, limiting their field of application and excluding them in particular from the aeronautical field.

De plus, l'utilisation de fer sous la forme d'une poudre dispersée dans une matrice isolante présente certaines limitations dans la mesure où il est toujours nécessaire de conserver un caractère isolant au matériau final.In addition, the use of iron in the form of a powder dispersed in an insulating matrix has certain limitations insofar as it is always necessary to maintain an insulating character to the final material.

Par ailleurs, les composés à pertes diélectriques, tels que les systèmes où sont dispersées des charges conductrices minérales du type noir de carbone, graphite, poudres métalliques dans un liant, nécessitent de maîtriser le taux de charge et les phénomènes d'agrégation des particules avec un niveau de reproductibilité extrêmement poussé. En effet, le fonctionnement de ces matériaux diélectriques est lié au fait que la courbe des propriétés (diélectriques) et donc absorbantes se situe dans la zone de percolation (continuité d'une propriété diélectrique, conductivité ou permittivité) où de faibles variations de la concentration de la charge peuvent produire de grands effets sur la propriété (σ ou ε) étudiée (courbe en "S").Furthermore, compounds with dielectric losses, such as systems where mineral conductive fillers such as carbon black, graphite, metallic powders in a binder are dispersed, require controlling the charge rate and the phenomena of particle aggregation with an extremely high level of reproducibility. Indeed, the functioning of these dielectric materials is linked to the fact that the curve of (dielectric) and therefore absorbent properties is located in the percolation zone (continuity of a dielectric property, conductivity or permittivity) where small variations in the concentration of the charge can produce large effects on the property (σ or ε) studied ("S" curve).

Les matériaux absorbants composites du type à charge minérale dispersée dans un liant sont obtenus par mélange d'une poudre d'un composé magnétique ou diélectrique et d'une poudre de liant puis compression du mélange. Dans une telle technique, le seuil de percolation de la charge se situe généralement entre 30 et 40% en masse. Cette quantité élevée de charge est nuisible à l'homogénéité et donc à la solidité du matériau et conduit souvent à des matériaux lourds les excluant du domaine spatial.The composite absorbent materials of the mineral filler type dispersed in a binder are obtained by mixing a powder of a magnetic or dielectric compound and a binder powder then compression of the mixture. In such a technique, the load percolation threshold is generally between 30 and 40% by mass. This high amount of charge is detrimental to the homogeneity and therefore the solidity of the material and often leads to heavy materials excluding them from the space domain.

De plus, les matériaux absorbant les micro-ondes à charge diélectrique minérale présente une bande "passante" (bande d'absorption) relativement étroite, ce qui limite encore leur domaine d'application.In addition, microwave absorbing materials with a mineral dielectric charge have a relatively narrow "pass" band (absorption band), which further limits their field of application.

Par ailleurs, il existe des polymères organiques conducteurs de l'électricité formant une classe de matériaux ayant de nombreuses applications, aussi bien du fait de leur propriété électronique (bonne conductivité électrique) que de leur propriété électrochimique (dopage réversible). Comme polymères organiques conducteurs de l'électricité connus, on peut citer les polyacétylènes, les polypyrroles et les polyanilines.Furthermore, there are electrically conductive organic polymers forming a class of materials having many applications, both because of their electronic property (good electrical conductivity) and their electrochemical property (reversible doping). As known electrically conductive organic polymers, mention may be made of polyacetylenes, polypyrroles and polyanilines.

A ce jour, les polymères conducteurs sont utilisés essentiellement pour leur propriété électrochimique dans des générateurs électrochimiques (batteries) ou des cellules électrochromes.To date, conductive polymers are mainly used for their electrochemical property in electrochemical generators (batteries) or electrochromic cells.

Ces polymères conducteurs de l'électricité présentent l'inconvénient de manquer de tenue mécanique et de posséder une conductivité électrique très importante, de l'ordre de 10 à 100 ohms ⁻¹ .cm ⁻¹.These electrically conductive polymers have the drawback of lacking mechanical strength and of having a very high electrical conductivity, of the order of 10 to 100 ohms ⁻¹ .cm ⁻¹.

Aussi, de nombreuses études ont été faites jusqu'à ce jour pour tenter d'améliorer la tenue mécanique des polymères organiques conducteurs de l'électricité ; elles ont conduit à la réalisation de matériaux composites dans lesquels on améliore la tenue mécanique des polymères en les associant à un autre matériau ayant de meilleures propriétés mécaniques. Ce matériau peut être constitué en un support tel que du papier sur lequel est déposé le polymère conducteur de l'électricité, comme il est décrit dans le document Journal of Electronic Materials, vol. 13, n°1, 1984, "Some properties of polypyrrole-paper composites".Also, numerous studies have been done to date in an attempt to improve the mechanical strength of organic polymers that conduct electricity; they have led to the production of composite materials in which the mechanical strength of the polymers is improved by combining them with another material having better mechanical properties. This material can consist of a support such as paper on which the electrically conductive polymer is deposited, as described in the document Journal of Electronic Materials, vol. 13, n ° 1, 1984, "Some properties of polypyrrole-paper composites".

Il est aussi possible de disperser le polymère conducteur de l'électricité dans une matrice isolante de polychlorure de vinyle (PVC) comme décrit dans le document US-A-4 617 353 ou d'un copolymère de styrène-vinylsulfonate, de styrène-acide acrylique ou de styrène-butadiène-acide acrylique comme décrit dans le document FR-A-2 616 790.It is also possible to disperse the electrically conductive polymer in an insulating polyvinyl chloride (PVC) matrix as described in document US-A-4 617 353 or of a styrene-vinylsulfonate, styrene-acid copolymer. acrylic or styrene-butadiene-acrylic acid as described in document FR-A-2 616 790.

Par le document EP-A-0 357 059, il est en outre connu de réaliser des blindages électromagnétiques, soit par solubilisation d'un polymère isolant et d'un monomère, soit par gonflement du polymère isolant, puis par exposition de l'ensemble à des vapeurs d'un agent oxydant du monomère. On obtient ainsi un dépôt en surface de polymère conducteur.By document EP-A-0 357 059, it is also known to produce electromagnetic shielding, either by dissolving an insulating polymer and a monomer, or by swelling of the insulating polymer, then by exposure of the assembly. to vapors of an oxidizing agent of the monomer. A deposit of conductive polymer is thus obtained on the surface.

L'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un nouvel écran absorbant les micro-ondes à base de polymère conducteur électronique permettant notamment de remédier aux inconvénients ci-dessus. En particulier, l'écran obtenu est relativement léger, ce qui permet son utilisation dans le domaine aéronautique. En outre, il présente une bande passante beaucoup plus large que celles des écrans conventionnels à charge conductrice inorganique, ce qui permet son utilisation dans des domaines non accessibles à l'art antérieur.The subject of the invention is a method of manufacturing a new microwave absorbing screen based on electronic conductive polymer, in particular making it possible to remedy the above drawbacks. In particular, the screen obtained is relatively light, which allows its use in the aeronautical field. In addition, it has a much wider bandwidth than that of conventional screens with an inorganic conductive charge, which which allows its use in fields not accessible to the prior art.

De façon plus précise, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un écran absorbant les micro-ondes comportant au moins une couche d'un polymère organique conducteur électronique, dopé par un anion, et d'un polymère organique thermoplastique isolant électrique interpénétrés, consistant, pour chaque couche :

  • a) - à former une solution ou une suspension colloïdale du polymère organique isolant dans un solvant compatible avec la réaction chimique d'obtention du polymère conducteur dopé, cette solution ou suspension renfermant un dopant anionique oxydant ;
  • b) - à ajouter à la solution ou suspension au moins un monomère liquide polymérisable par oxydation sous forme dudit polymère conducteur dopé, ce monomère comportant au moins une chaîne carbonée cyclique à doubles liaisons conjuguées et étant ajouté à raison de 1 à 30 parties en poids pour 100 parties en poids de polymère isolant ;
  • c) - à laisser réagir l'ensemble jusqu'à oxydation complète du monomère et obtenir ainsi sa polymérisation in situ ;
  • d) - à coprécipiter le polymère isolant et le polymère conducteur pour former une poudre d'un interpénétré polymère isolant-polymère conducteur ayant une conductivité électrique inférieure à 0,1S/cm ;
  • e) - à mouler cette poudre d'interpénétré pour former une couche épaisse d'interpénétré de 1 à 10mm d'épaisseur.
More specifically, the subject of the invention is a method for manufacturing a microwave absorbing screen comprising at least one layer of an electronic conductive organic polymer, doped with an anion, and of an insulating thermoplastic organic polymer electrical interpenetrating, consisting, for each layer:
  • a) - forming a colloidal solution or suspension of the insulating organic polymer in a solvent compatible with the chemical reaction for obtaining the doped conductive polymer, this solution or suspension containing an anionic oxidizing dopant;
  • b) - to add to the solution or suspension at least one oxidizable polymerizable liquid monomer in the form of said doped conductive polymer, this monomer comprising at least one cyclic carbon chain with conjugated double bonds and being added in an amount of 1 to 30 parts by weight per 100 parts by weight of insulating polymer;
  • c) - allowing the assembly to react until complete oxidation of the monomer and thus obtaining its polymerization in situ;
  • d) - coprecipitating the insulating polymer and the conductive polymer to form a powder of an interpenetrating insulating polymer-conductive polymer having an electrical conductivity of less than 0.1 S / cm;
  • e) - molding this interpenetrating powder to form a thick layer of interpenetrating 1 to 10mm thick.

Dans l'écran obtenu, le polymère conducteur a une concentration comprise entre 1 et 25% en poids de la couche d'alliage. Ainsi, la quantité de polymère conducteur, dispersée dans le polymère isolant est beaucoup plus faible que celle utilisée dans les écrans à charge minérale, ce qui facilite la fabrication de l'écran et améliore ses propriétés mécaniques. En outre, en jouant sur cette quantité de polymère conducteur, il est possible de moduler la conductivité électrique de l'écran suivant l'application envisagée.In the screen obtained, the conductive polymer has a concentration of between 1 and 25% by weight of the alloy layer. Thus, the amount of conductive polymer dispersed in the insulating polymer is much lower than that used in mineral-loaded screens, which facilitates the manufacture of the screen and improves its mechanical properties. In addition, by playing on this quantity of conductive polymer, it is possible to modulate the electrical conductivity of the screen according to the envisaged application.

Après l'étape d) du procédé de l'invention, on obtient une poudre de matériau composite, parfaitement homogène et directement utilisable pour la préparation de l'écran absorbant, ce qui permet d'éviter les opérations de mélange du polymère conducteur à de la poudre de polymère isolant selon la technologie classique des écrans absorbants à charge minérale qui conduit à des concentrations en phase conductrice beaucoup trop importantes.After step d) of the process of the invention, a powder of composite material is obtained, perfectly homogeneous and directly usable for the preparation of the absorbent screen, which makes it possible to avoid the operations of mixing the conductive polymer with the insulating polymer powder according to the conventional technology of absorbent screens with mineral charge which leads to concentrations in the conductive phase which are much too high.

En particulier, le polymère isolant dans la solution ou suspension se présente sous forme de micro-particules ayant une granulométrie moyenne de 0,1 à 1»m.In particular, the insulating polymer in the solution or suspension is in the form of micro-particles having an average particle size of 0.1 to 1 »m.

L'émulsion ou la solution, formée au cours de l'étape c), est cassée par ajout d'un agent co-tensioactif comme les alcools primaires ayant de 1 à 10 atomes de carbone tels que le méthanol, l'éthanol, le n-propanol, le n-butanol, etc. Après filtrage, rinçage et séchage la poudre obtenue peut être compactée à froid ou à chaud, injectée ou extrudée pour former la ou les couches absorbantes de l'écran.The emulsion or solution, formed during step c), is broken by adding a co-surfactant such as primary alcohols having from 1 to 10 carbon atoms such as methanol, ethanol, n-propanol, n-butanol, etc. After filtering, rinsing and drying the powder obtained can be compacted cold or hot, injected or extruded to form the absorbent layer or layers of the screen.

L'injection est une technique de fabrication de couche, séduisante puisqu'elle permet d'obtenir des formes diverses, en un temps court (1 à 3 minutes), permettant de limiter les dégradations éventuelles du matériau.Injection is a layer manufacturing technique, attractive since it makes it possible to obtain various shapes, in a short time (1 to 3 minutes), making it possible to limit any degradation of the material.

Les pressions appliquées sont choisies de 1 à 300 MPa.The pressures applied are chosen from 1 to 300 MPa.

De plus, en jouant sur le nombre de rinçages et sur la nature de l'agent de lavage, on peut moduler les caractéristiques radioélectriques de l'écran.In addition, by varying the number of rinses and the nature of the washing agent, the radio characteristics of the screen can be modulated.

Pour qu'un écran soit absorbant, il faut qu'il présente une faible conductivité électrique ε et une épaisseur e suffisamment élevée de sorte que le coefficient de réflexion R satisfasse à l'équation :

Figure imgb0001

où Zs est l'impédance de surface du matériau absorbant avec Zs = »/ε .tanh(-j(2πe/λo) ε »
Figure imgb0002
) où e est l'épaisseur du matériau, λo est la longueur d'onde incidente, j² est le nombre complexe valant -1 et » est la perméabilité magnétique du matériau.For a screen to be absorbent, it must have a low electrical conductivity ε and a thickness e sufficiently high so that the reflection coefficient R satisfies the equation:
Figure imgb0001

where Zs is the surface impedance of the absorbent material with Zs = "/ Ε .tanh (-j (2πe / λo) ε »
Figure imgb0002
) where e is the thickness of the material, λo is the incident wavelength, j² is the complex number equal to -1 and "is the magnetic permeability of the material.

Cette expression montre que pour que |R| tende vers 0, il faut que Zs tende vers 1-jo. Or tanh(x) tend vers 0 lorsque x tend vers 0. Ceci explique pourquoi il convient de ne pas trop faire décroître le rapport e/ λo sous peine de voir tendre Zs vers 0. Des ordres de grandeur de e de 1 à 10mm sont communément admis pour les fréquences micro-ondes considérées.This expression shows that for that | R | goes to 0, Zs has to go to 1-jo. Now tanh (x) tends to 0 when x tends to 0. This explains why it is advisable not to decrease the ratio e / λo too much, otherwise Zs will tend to 0. Orders of magnitude of e from 1 to 10mm are commonly accepted for the microwave frequencies considered.

De plus, cette équation (universelle quelle que soit la gamme de fréquences utilisée) indique qu'une condition d'accord d'absorption ne peut pas être trouvée quel que soit le niveau de (ε, »).Furthermore, this equation (universal whatever the frequency range used) indicates that an absorption agreement condition cannot be found whatever the level of (ε, »).

Dans le cas d'un matériau à pertes diélectriques, il n'existe qu'un seul couple (ε′, ε˝), pour un rapport e/λo donné, conduisant à un accord de l'écran. Ainsi, dans le cas d'un blindage électrique, il est nécessaire de n'utiliser qu'une faible épaisseur de matériau (quelques dizaines de »m) d'une part et d'autre part un niveau de conductivité aussi élevé que possible car on ne mesure que le rapport entre l'énergie transmise et l'énergie incidente.In the case of a material with dielectric losses, there exists only one pair (ε ′, ε˝), for a given ratio e / λo, leading to a tuning of the screen. Thus, in the case of electrical shielding, it is necessary to use only a small thickness of material (a few tens of »m) on the one hand and on the other hand a conductivity level as high as possible because we only measure the ratio between the transmitted energy and the incident energy.

Un écran absorbant n'a donc rien à voir avec un blindage électromagnétique qui doit être conducteur et de faible épaisseur de façon à réfléchir l'onde incidente. De plus, la fabrication de ces blindages de faible épaisseur n'est pas compatible avec la fabrication d'écrans absorbants de forte épaisseur.An absorbent screen therefore has nothing to do with an electromagnetic shielding which must be conductive and thin in order to reflect the wave. incident. In addition, the manufacture of these thin shields is not compatible with the manufacture of very thick absorbent screens.

Avec le procédé de l'invention, il est possible de réaliser un écran multicouche. Dans ce cas, on forme plusieurs couches d'interpénétré en répétant à chaque fois les étapes a) à e) et en changeant à chaque fois la nature et/ou la concentration du monomère et/ou la nature du polymère isolant de façon à obtenir des couches de conductivités électriques différentes et on empile ces différentes couches. En particulier, on peut réaliser les étapes suivantes : formation d'une première poudre de conductivité donnée et compression à froid de cette poudre pour former la première couche ; formation d'une seconde poudre, comme décrit précédemment, de conductivité différente de la première, étalement de cette seconde poudre sur la première couche puis compression à froid de l'ensemble et ainsi de suite.With the method of the invention, it is possible to produce a multilayer screen. In this case, several layers of interpenetrate are formed each time repeating steps a) to e) and each time changing the nature and / or the concentration of the monomer and / or the nature of the insulating polymer so as to obtain layers of different electrical conductivities and these different layers are stacked. In particular, the following steps can be carried out: formation of a first powder of given conductivity and cold compression of this powder to form the first layer; formation of a second powder, as described above, of conductivity different from the first, spreading of this second powder on the first layer then cold compression of the assembly and so on.

Il est aussi possible de réaliser un écran multicouche à gradient de conductivité électrique. Autrement dit, l'écran comprend plusieurs couches empilées de conductivités électriques différentes, la conductivité électrique de cet empilement de couches décroissant de la première couche à la dernière couche. La couche inférieure est en général supportée par un support conducteur de l'électricité et la couche supérieure est en général au contact de l'air. On obtient ainsi une adaptation d'impédance dans l'épaisseur de l'écran, ce qui augmente encore sa bande "passante" (ou bande d'absorption).It is also possible to produce a multilayer screen with an electrical conductivity gradient. In other words, the screen comprises several stacked layers of different electrical conductivities, the electrical conductivity of this stack of layers decreasing from the first layer to the last layer. The lower layer is generally supported by an electrically conductive support and the upper layer is generally in contact with air. An impedance matching in the thickness of the screen is thus obtained, which further increases its "pass" band (or absorption band).

Le support conducteur peut être une plaque métallique, un textile de fibres de carbone, un film polymérique métallisé ou encore une peinture conductrice. Dans le cas de peinture et de textile, la rigidité de l'ensemble est due aux couches polymériques à base de polymère conducteur.The conductive support can be a metal plate, a carbon fiber textile, a metallized polymer film or even a conductive paint. In the case of paint and textiles, the rigidity of the assembly is due to the polymer layers based on conductive polymer.

Pour des concentrations en monomère dans la solution ou la suspension, inférieures à 1 partie en poids pour 100 parties de polymère isolant (ce qui correspond à des concentrations inférieures à 1% en poids de polymère conducteur dans l'alliage), l'écran est transparent aux micro-ondes et pour des concentrations en monomère supérieures à 30 parties en poids pour 100 parties en poids de polymère isolant (ce qui correspond à des concentrations supérieures à 25% en poids de polymère conducteur dans l'alliage), les propriétés d'absorption se dégradent et l'écran joue alors le rôle d'un réflecteur micro-onde.For concentrations of monomer in the solution or suspension, less than 1 part by weight per 100 parts of insulating polymer (which corresponds to concentrations less than 1% by weight of conductive polymer in the alloy), the screen is transparent to microwaves and for monomer concentrations greater than 30 parts by weight per 100 parts by weight of insulating polymer (which corresponds to concentrations greater than 25% by weight of conductive polymer in the alloy), the properties d absorption is degraded and the screen then plays the role of a microwave reflector.

Il est en outre possible, contrairement à l'art antérieur, de moduler les propriétés diélectriques de l'écran absorbant de l'invention en jouant sur la quantité de dopant dans la solution ou suspension et donc sur le taux de dopage du polymère conducteur électronique par l'anion, sur la morphologie du polymère conducteur obtenu (nature et structure macromoléculaire différentes des polymères) ou sur son degré d'oxydation, pour une concentration déterminée de polymère conducteur dans la couche absorbante.It is also possible, unlike the prior art, to modulate the dielectric properties of the absorbent screen of the invention by varying the amount of dopant in the solution or suspension and therefore the doping rate of the electronic conductive polymer. by the anion, on the morphology of the conductive polymer obtained (nature and macromolecular structure different from the polymers) or on its degree of oxidation, for a determined concentration of conductive polymer in the absorbent layer.

Les polymères organiques conducteurs électroniques utilisables dans l'invention peuvent être des copolymères ou des homopolymères élaborables en milieu liquide et notamment en milieu aqueux à partir d'un ou plusieurs monomères.The electronic conductive organic polymers which can be used in the invention can be copolymers or homopolymers which can be produced in a liquid medium and in particular in an aqueous medium from one or more monomers.

A titre d'exemple de tels polymères, on peut citer les polypyrroles, les polyanilines et les polythiophènes, qui sont fabriqués par oxydation chimique des monomères correspondants en milieu solvant. On précise que le terme "polypyrroles" désigne ici les homopolymères et les copolymères de pyrrole et/ou de dérivés du pyrrole tels que ceux mentionnés dans les documents FR-A-2 616 790 et EP-A-0 105 768.By way of example of such polymers, mention may be made of polypyrroles, polyanilines and polythiophenes, which are produced by chemical oxidation of the corresponding monomers in a solvent medium. It is specified that the term “polypyrroles” designates here the homopolymers and the copolymers of pyrrole and / or pyrrole derivatives such as those mentioned in documents FR-A-2 616 790 and EP-A-0 105 768.

Il en est de même pour le terme "polyanilines" et le terme "polythiophènes".The same is true for the term "polyanilines" and the term "polythiophenes".

En particulier, le monomère comporte un hétéroatome dans la chaîne cyclique et de préférence est choisi parmi le pyrrole, le thiophène, le bithiophène ou un alkyl-3-thiophène ayant de 1 à 12 atomes de carbone.In particular, the monomer comprises a heteroatom in the cyclic chain and preferably is chosen from pyrrole, thiophene, bithiophene or an alkyl-3-thiophene having from 1 to 12 carbon atoms.

Le seuil de percolation du polymère conducteur dans le polymère isolant dépend de la nature du polymère conducteur.The percolation threshold of the conductive polymer in the insulating polymer depends on the nature of the conductive polymer.

Pour l'obtention du polypyrrole par voie chimique, on utilise des agents oxydants pour polymériser le pyrrole en solution dont le potentiel Redox est proche de celui du pyrrole.To obtain the polypyrrole by chemical means, oxidizing agents are used to polymerize the pyrrole in solution whose Redox potential is close to that of pyrrole.

A titre d'exemple de tels agents oxydants, on peut citer le perchlorate ferrique, le sulfate ferrique, le chlorure de fer ou de cuivre, le nitrate double d'ammonium et de cérium, le persulfate d'ammonium et des sels de cations ou radicaux cations organiques, par exemple le perchlorate de méthyl-10-phénothiazinium.By way of example of such oxidizing agents, mention may be made of ferric perchlorate, ferric sulfate, iron or copper chloride, double ammonium and cerium nitrate, ammonium persulfate and cation salts or organic cation radicals, for example methyl-10-phenothiazinium perchlorate.

Les solvants utilisés peuvent être très divers. Ainsi, on peut utiliser de l'eau, des solutions aqueuses acides telles que l'acide sulfurique, l'acide perchlorique et des solvants organiques comme l'acétonitrile, le nitrobenzène, le chloroforme et le dichlorométhane. On peut aussi utiliser les solvants cités dans le document US-A-4 617 353. Ces solvants doivent être compatibles avec la réaction de polymérisation du monomère choisi.The solvents used can be very diverse. Thus, water, aqueous acid solutions such as sulfuric acid, perchloric acid and organic solvents such as acetonitrile, nitrobenzene, chloroform and dichloromethane can be used. It is also possible to use the solvents mentioned in document US-A-4 617 353. These solvents must be compatible with the polymerization reaction of the chosen monomer.

De préférence, on utilise l'eau ou des solutions aqueuses acides pour la polymérisation du pyrrole et de l'aniline, et on utilise de l'acétonitrile, du chloroforme ou du nitrobenzène pour la polymérisation du thiophène, du bithiophène et des alkyl-3-thiophènes.Preferably, water or acidic aqueous solutions are used for the polymerization of pyrrole and aniline, and acetonitrile, chloroform or nitrobenzene is used for the polymerization of thiophene, bithiophene and 3-alkylthiophenes.

Selon l'invention, le polymère organique conducteur de l'électricité peut également être un polymère azoté tel que ceux décrits dans FR-A-2 588 007, qui peuvent être préparés également par oxydation par voie chimique, de préférence dans un milieu acide contenant des ions fluorure.According to the invention, the electrically conductive organic polymer can also be a nitrogenous polymer such as those described in FR-A-2 588 007, which can also be prepared by oxidation by chemical route, preferably in an acid medium containing fluoride ions.

Les polymères organiques conducteurs de l'électricité sont, contrairement aux charges minérales, compatibles avec tous les thermoplastiques conventionnels. Ainsi, ils peuvent être mis en oeuvre par les techniques classiques de pressage, d'injection, d'extrusion, etc. minimisant ainsi leur coût de fabrication. En outre, ces polymères conducteurs électroniques ont une forte aptitude filmogène permettant ainsi la réalisation de feuilletés multicouches.Electrically conductive organic polymers are, unlike mineral fillers, compatible with all conventional thermoplastics. Thus, they can be implemented by conventional pressing, injection, extrusion, etc. techniques. thus minimizing their manufacturing cost. In addition, these electronic conductive polymers have a strong film-forming ability, thus making it possible to produce multilayer laminates.

Les polymères isolants utilisables dans l'invention doivent présenter de bonnes caractéristiques thermomécaniques et doivent être émulsionnables par exemple dans l'eau, car on réalise la réaction de polymérisation du polymère conducteur électronique en milieu aqueux. Ces polymères isolants peuvent être des homopolymères ou des copolymères.The insulating polymers which can be used in the invention must have good thermomechanical characteristics and must be emulsifiable, for example in water, since the polymerization reaction of the electronic conductive polymer is carried out in an aqueous medium. These insulating polymers can be homopolymers or copolymers.

A titre d'exemple de polymères isolants, on peut citer le polytétrafluoroéthylène (PTFE) communément appelé téflon, le polyfluorure de vinylidène (PVDF) et le polychlorure de vinylidène (PVDC) qui sont insolubles dans la plupart des solvants organiques et qui peuvent être mis en suspension dans l'eau sous la forme de particules très fines ou d'émulsion.Examples of insulating polymers that may be mentioned include polytetrafluoroethylene (PTFE) commonly known as teflon, polyvinylidene fluoride (PVDF) and polyvinylidene chloride (PVDC) which are insoluble in most organic solvents and which can be used. suspended in water in the form of very fine particles or emulsion.

On peut aussi utiliser le polyméthacrylate de méthyle (PMMA), le polystyrène, le polychlorure de vinyle (PVC), les polycarbonates, les oxydes de polyphénylène, les polysulfones, et tous les polymères isolants cités dans le document US-A-4 617 353, qui sont solubles dans la plupart des solvants organiques.Polymethyl methacrylate (PMMA), polystyrene, polyvinyl chloride (PVC), polycarbonates, polyphenylene oxides, polysulfones, and all the insulating polymers cited in document US Pat. No. 4,617,353 can also be used. , which are soluble in most organic solvents.

Une troisième famille de polymères isolants, à la fois solubles dans les solvants usuels et émulsionnables dans l'eau, tels que les latex d'élastomère usuels (chloroprène, styrène-butadiène, copolymère isobutylène-isoprène, caoutchouc naturel, butadiène-acrylonitrile,...) peut être utilisée.A third family of insulating polymers, both soluble in usual solvents and emulsifiable in water, such as the usual elastomer latexes (chloroprene, styrene-butadiene, isobutylene-isoprene copolymer, natural rubber, butadiene-acrylonitrile ,. ..) can be used.

De préférence, le polymère isolant est un polymère perhalogéné et en particulier un polymère perfluoré et/ou perchloré.Preferably, the insulating polymer is a perhalogenated polymer and in particular a perfluorinated and / or perchlorinated polymer.

La fabrication d'un écran monocouche absorbant les micro-ondes selon l'invention consiste à faire réagir un monomère comportant au moins une chaîne carbonée cyclique à doubles liaisons conjuguées avec un oxydant dans une suspension de micro-particules du polymère isolant.The manufacture of a microwave absorbing monolayer screen according to the invention consists in reacting a monomer comprising at least one cyclic carbon chain with double bonds conjugated with an oxidant in a suspension of microparticles of the insulating polymer.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront mieux à la description qui va suivre, donnée à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels :

  • la figure 1 représente l'évolution de la conductivité électrique (σ), exprimée en ohm⁻¹.cm⁻¹ en fonction de la concentration de polypyrrole (PoPy), exprimée en pourcentage en poids, dopé aux ions perchlorate, dans du polytétrafluoroéthylène ;
  • la figure 2 représente les variations du coefficient de réflexion R, exprimé en décibels, d'un écran absorbant en fonction de la fréquence F de l'onde incidente, exprimée en GHz : la courbe a est relative à un écran obtenu selon l'invention constitué d'une couche de 5mm environ de polypyrrole-téflon à 5,57% en poids de polypyrrole, la courbe b est relative à un écran absorbant selon l'art antérieur de 5mm d'épaisseur environ, constitué d'un mélange de résine époxyde et de noir de carbone à 30% en poids, et la courbe c d'un écran absorbant selon l'art antérieur de 5mm d'épaisseur environ constitué d'un mélange de polychloroprène et de ferrite spinelle à 70% en poids de ferrite ;
  • la figure 3 représente un écran absorbant multicouche obtenu par le procédé conforme à l'invention ;
  • la figure 4 représente les variations du coefficient de réflexion R, exprimé en décibels, d'un écran absorbant multicouche obtenu selon l'invention en fonction de la fréquence F de l'onde incidente, exprimée en GHz ;
  • les figures 5 et 6 donnent les variations de ε′ et ε˝ en fonction de la fréquence F de l'onde incidente (GHz) pour deux modes de fabrication différents (compression et injection) d'un même écran, et
  • les figures 7 et 8 donnent les variations du coefficient de réflexion R(dB) en fonction de la fréquence F de l'onde incidente (GHz) pour les deux modes de fabrication correspondant aux figures 5 et 6.
Other characteristics and advantages of the invention will become more apparent from the description which follows, given by way of illustration and not limitation, with reference to the appended drawings in which:
  • FIG. 1 represents the evolution of the electrical conductivity (σ), expressed in ohm⁻¹.cm⁻¹ as a function of the concentration of polypyrrole (PoPy), expressed in percentage by weight, doped with perchlorate ions, in polytetrafluoroethylene;
  • FIG. 2 represents the variations of the reflection coefficient R, expressed in decibels, of an absorbing screen as a function of the frequency F of the incident wave, expressed in GHz: the curve a relates to a screen obtained according to the invention made up of a layer of approximately 5mm of polypyrrole-teflon at 5.57% by weight of polypyrrole, curve b relates to an absorbent screen according to the prior art of approximately 5mm in thickness, consisting of a mixture of epoxy resin and black of carbon at 30% by weight, and the curve c of an absorbent screen according to the prior art of approximately 5mm thickness made up of a mixture of polychloroprene and spinel ferrite at 70% by weight of ferrite;
  • FIG. 3 represents a multilayer absorbent screen obtained by the method according to the invention;
  • FIG. 4 represents the variations in the reflection coefficient R, expressed in decibels, of a multilayer absorbent screen obtained according to the invention as a function of the frequency F of the incident wave, expressed in GHz;
  • FIGS. 5 and 6 give the variations of ε ′ and ε˝ as a function of the frequency F of the incident wave (GHz) for two different manufacturing modes (compression and injection) of the same screen, and
  • FIGS. 7 and 8 give the variations of the reflection coefficient R (dB) as a function of the frequency F of the incident wave (GHz) for the two manufacturing modes corresponding to FIGS. 5 and 6.

La figure 1 représente l'évolution de la conductivité σ en fonction de la concentration, % en masse, en polypyrrole dopé aux ions ClO - 4

Figure imgb0003
d'un écran monocouche conforme à l'invention, le polymère isolant étant du polytétrafluoroéthylène.FIG. 1 represents the evolution of the conductivity σ as a function of the concentration,% by mass, of polypyrrole doped with ClO ions - 4
Figure imgb0003
a monolayer screen according to the invention, the insulating polymer being polytetrafluoroethylene.

Le seuil de percolation du polypyrrole dans un écran conforme à l'invention est inférieur à 2% en masse. Cette propriété est tout à fait caractéristique des matériaux où la croissance de la phase conductrice se fait in situ à l'inverse de ceux obtenus par simple mélange d'une poudre conductrice dans une phase isolante pour lesquels le seuil de percolation se trouve autour de 30 à 40% en masse.The percolation threshold for polypyrrole in a screen according to the invention is less than 2% by mass. This property is quite characteristic of materials where the growth of the conductive phase unlike those obtained by simple mixing of a conductive powder in an insulating phase for which the percolation threshold is around 30 to 40% by mass.

Cette courbe montre que l'on peut obtenir des échantillons dont la conductivité électrique est modulable dans une plage de valeurs inférieure à 1 ohm ⁻¹ .cm ⁻¹, permettant une utilisation en hyperfréquence. Elle montre en outre, qu'une conductivité inférieure à 1 ohm⁻¹.cm⁻¹ est obtenue pour une concentration en polypyrrole inférieure à 10% en poids, le polypyrrole étant dopé par des ions ClO - 4

Figure imgb0004
à une concentration de 33% en mole environ.This curve shows that one can obtain samples whose electrical conductivity is adjustable in a range of values less than 1 ohm ⁻¹ .cm ⁻¹, allowing use in microwave. It also shows that a conductivity of less than 1 ohm⁻¹.cm⁻¹ is obtained for a polypyrrole concentration of less than 10% by weight, the polypyrrole being doped with ClO ions. - 4
Figure imgb0004
at a concentration of approximately 33 mol%.

La courbe a de la figure 2 représente les variations du coefficient de réflexion R en fonction de la fréquence incidente F d'un écran absorbant selon l'invention, constitué d'une plaque de 5mm d'épaisseur environ d'alliage de polypyrrole-téflon à 5,57% de polypyrrole en poids, dopé à 33% en mole en ions ClO - 4

Figure imgb0005
.The curve a in FIG. 2 represents the variations of the reflection coefficient R as a function of the incident frequency F of an absorbent screen according to the invention, consisting of a plate 5mm thick approximately of polypyrrole-teflon alloy with 5.57% of polypyrrole by weight, doped with 33% by mole in ClO ions - 4
Figure imgb0005
.

La courbe b représente les variations du coefficient de réflexion en fonction de la fréquence incidente pour un matériau agrégataire diélectrique de 5mm environ, constitué d'un mélange de résine époxy et de noir de carbone à 30% en poids de noir de carbone.Curve b represents the variations in the reflection coefficient as a function of the incident frequency for a dielectric aggregate material of approximately 5 mm, consisting of a mixture of epoxy resin and carbon black at 30% by weight of carbon black.

La courbe c représente les variations du coefficient de réflexion en fonction de la fréquence d'un matériau agrégataire magnétique de 5mm environ, constitué d'un mélange de polychloroprène et de ferrite spinelle à 30% en volume de ferrite spinelle.Curve c represents the variations in the reflection coefficient as a function of the frequency of a magnetic aggregate material of approximately 5 mm, consisting of a mixture of polychloroprene and spinel ferrite at 30% by volume of spinel ferrite.

On constate d'après ces courbes que l'écran absorbant de l'invention présente des caractéristiques en bande passante, proches de celles du matériau magnétique, ce qui peut paraître a priori surprenant pour un matériau diélectrique. Un tel comportement s'explique par la nature de la variation en fréquence de la permittivité électrique qui présente dans le cas des polymères conducteurs, une décroissance plus importante que celle des composés minéraux, ceci entraîne un élargissement de la bande passante comme cela ressort clairement des courbes a et b.It can be seen from these curves that the absorbent screen of the invention has bandwidth characteristics close to those of the magnetic material, which may seem a priori surprising for a dielectric material. Such behavior is explained by the nature of the frequency variation of the electrical permittivity which has, in the case of conductive polymers, a greater decrease than that of the mineral compounds, this results in a widening of the bandwidth as is clear from curves a and b.

Cet élargissement de la bande passante permet un élargissement du domaine d'application des écrans absorbants conformes à l'invention par rapport à ceux de l'art antérieur.This widening of the bandwidth allows a widening of the field of application of absorbent screens according to the invention compared to those of the prior art.

On donne ci-après des exemples de préparation d'un écran absorbant monocouche à base de polypyrrole dopé, conforme à l'invention.Examples of the preparation of a monolayer absorbent screen based on doped polypyrrole, according to the invention, are given below.

EXEMPLE 1EXAMPLE 1

Ecran absorbant à base de polypyrrole et de polytétrafluroéthylène.Absorbent screen based on polypyrrole and polytetrafluroethylene.

On prépare tout d'abord 500ml d'une solution d'eau distillé contenant 0,2 mole/l de perchlorate ferrique qui sera utilisé comme agent oxydant pour la polymérisation. On ajoute ensuite à cette solution 84g d'une suspension aqueuse de polytétrafluoro-éthyléne (PTFE) à 60% en poids, ayant une granulation moyenne de 0,3»m. La solution obtenue a ainsi une concentration en PTFE de 8,6% en poids et est désoxygénée par un balayage à l'argon.First of all, 500 ml of a distilled water solution containing 0.2 mol / l of ferric perchlorate is prepared, which will be used as an oxidizing agent for the polymerization. Then added to this solution 84 g of an aqueous suspension of polytetrafluoroethylene (PTFE) at 60% by weight, having an average granulation of 0.3 »m. The solution obtained thus has a concentration of PTFE of 8.6% by weight and is deoxygenated by an argon sweep.

On lui ajoute ensuite, tout en agitant énergiquement, 1,95ml de pyrrole, soit 3,7 parties en poids de pyrrole pour 100 parties en poids de téflon sec.Then added thereto, while vigorously stirring, 1.95 ml of pyrrole, or 3.7 parts by weight of pyrrole per 100 parts by weight of dry teflon.

On laisse se pousuivre la polymérisation du pyrrole en présence de PTFE pendant une heure sous argon, selon la réaction suivante : C₄H₅N+2,3Fe III (ClO₄)₃+kPTFE → [C₄H₃N,0,3ClO₄/kPTFE]+ 2HClO₄ + 2,3Fe II (ClO₄)₂,

Figure imgb0006

où k désigne la concentration molaire en PTFE dans le composite ; ceci donne un précipité noir pulvérulent obtenu par ajout au milieu réactionnel de 500ml d'éthanol.The polymerization of the pyrrole is allowed to continue in the presence of PTFE for one hour under argon, according to the following reaction: C₄H₅N + 2,3Fe III (ClO₄) ₃ + kPTFE → [C₄H₃N, 0.3ClO₄ / kPTFE] + 2HClO₄ + 2.3Fe II (ClO₄) ₂,
Figure imgb0006

where k denotes the molar concentration of PTFE in the composite; this gives a pulverulent black precipitate obtained by adding 500 ml of ethanol to the reaction medium.

On filtre ensuite le produit pulvérulent obtenu, on le rince avec un mélange eau-éthanol à 50/50 et enfin on le sèche à l'étuve à 40°C. On forme alors une plaque homogène de 300mm² de surface et de 5mm d'épaisseur environ, par compression à froid de la poudre sèche, sous une pression de 100MPa.The pulverulent product obtained is then filtered, rinsed with a 50/50 water-ethanol mixture and finally it is dried in an oven at 40 ° C. A homogeneous plate with a surface area of 300mm² and a thickness of approximately 5mm is then formed by cold compression of the dry powder under a pressure of 100MPa.

L'analyse chimique quantitative de l'écran obtenu donne %N=1,2 et %F=65,6, soit une concentration en polypyrrole de 5,57% en masse dans l'alliage. Les variations de son coefficient de réflexion en fonction de la fréquence sont celles de la courbe a de la figure 2.The quantitative chemical analysis of the screen obtained gives% N = 1.2 and% F = 65.6, ie a polypyrrole concentration of 5.57% by mass in the alloy. The variations in its reflection coefficient as a function of the frequency are those of curve a in FIG. 2.

La conductivité électrique σ de cet écran est de 6,5x10 ⁻⁵ohm ⁻¹.cm ⁻¹ et les parties réelle et imaginaire ε′ et ε˝ à 4GHz valent respectivement 10,0 et 8,0.The electrical conductivity σ of this screen is 6.5x10 ⁻⁵ohm ⁻¹.cm ⁻¹ and the real and imaginary parts ε ′ and ε˝ at 4GHz are respectively 10.0 and 8.0.

La mesure de la conductivité a été faite sur un disque de 50mm de diamètre et de 3mm d'épaisseur, obtenu par compression à froid de la poudre sèche ci-dessus à 100MPa, puis métallisé à l'or par évaporation, au moyen d'un électromètre Keithley 617 entre chaque face. Cette mesure était parfaitement reproductible.The conductivity measurement was made on a disc 50mm in diameter and 3mm thick, obtained by cold compression of the above dry powder at 100MPa, then metallized with gold by evaporation, using a Keithley 617 electrometer between each face. This measurement was perfectly reproducible.

EXEMPLES 2 à 7EXAMPLES 2 to 7

Six écrans monocouches ont été fabriqués comme dans l'exemple 1 pour des quantités de polypyrrole différentes. Le tableau I, ci-après, donne la conductivité électrique σ et les caractéristiques radioélectriques des écrans obtenus et en particulier les parties réelle et imaginaire ε′, ε˝ de leur permittivité électrique, en fonction de la concentration en polypyrrole dans l'écran, donnée en % en masse et de la quantité de pyrrole dans la solution, donnée en parties en poids pour 100 parties en poids de téflon. Ce tableau donne en outre l'épaisseur d'accord de ces écrans en fonction de la fréquence. La concentration en polypyrrole dans l'alliage est donnée pour un taux de dopage en ions perchlorate de 33% en mole environ.Six monolayer screens were manufactured as in Example 1 for different amounts of polypyrrole. Table I, below, gives the electrical conductivity σ and the radioelectric characteristics of the screens obtained and in particular the real and imaginary parts ε ′, ε˝ of their electrical permittivity, as a function of the polypyrrole concentration in the screen, given in% by mass and the quantity of pyrrole in the solution, given in parts by weight per 100 parts by weight of teflon. This table also gives the thickness of tuning of these screens as a function of the frequency. The polypyrrole concentration in the alloy is given for a doping rate in perchlorate ions of around 33% by mole.

On notera que le taux massique en polypyrrole dans l'alliage est toujours supérieur au taux initial en pyrrole en solution en raison de la fixation de 1ClO - 4

Figure imgb0007
pour 4 pyrroles.Note that the mass rate of polypyrrole in the alloy is always higher than the initial rate of pyrrole in solution due to the fixation of 1ClO - 4
Figure imgb0007
for 4 pyrroles.

La mesure de la conductivité a été faite comme dans l'exemple 1, la concentration en polypyrrole a été déterminée à partir du rapport %N alliage/%N pyrrole.The conductivity was measured as in Example 1, the polypyrrole concentration was determined from the% N alloy /% N pyrrole ratio.

L'examen de ce tableau I permet de tirer les conclusions suivantes :

  • à l'inverse des résultats obtenus avec les noirs de carbone, ce mode de synthèse conduit à une excellente homogénéité que ce soit à l'intérieur d'un même lot (lots 2 et 3) ou sur deux lots différents (lots 4 et 5). Cette propriété est particulièrement remarquable puisque la reproductibilité sur ε est de l'ordre de quelques % entre deux lots.
  • les conditions de rinçage permettent de moduler les caractéristiques radioélectriques de manière extrêmement fine pour une composition donnée (lots 5 à 7).
Examination of this table I makes it possible to draw the following conclusions:
  • Unlike the results obtained with carbon blacks, this method of synthesis leads to excellent homogeneity, whether within a single batch (lots 2 and 3) or over two different lots (lots 4 and 5 ). This property is particularly remarkable since the reproducibility on ε is of the order of a few% between two batches.
  • the rinsing conditions make it possible to modulate the radioelectric characteristics in an extremely fine manner for a given composition (lots 5 to 7).

EXEMPLES 8 et 9EXAMPLES 8 and 9

Comme dans l'exemple 1, on a fabriqué des films absorbants à base de polypyrrole dont les caractéristiques radioélectriques et les conductivités électriques, déterminées comme précédemment, sont données dans le tableau.As in Example 1, absorbent films based on polypyrrole were produced, the radioelectric characteristics and the electrical conductivities of which were determined as above, are given in the table.

Ces couches absorbantes ne peuvent être utilisées que dans des écrans multicouches ; ε˝ étant supérieur à ε′, contrairement aux exemples 1 à 7, il n'existe pas d'épaisseur d'accord.These absorbent layers cannot be used only in multi-layer screens; ε˝ being greater than ε ′, unlike examples 1 to 7, there is no agreement thickness.

Ces exemples permettent en outre de montrer que le mode opératoire décrit conduit à une similitude de propriétés dès qu'on multiplie par 5 les quantités synthétisées (lots 8 et 9).These examples also make it possible to show that the procedure described leads to a similarity of properties as soon as the quantities synthesized are multiplied by 5 (lots 8 and 9).

EXEMPLE 10EXAMPLE 10

Préparation d'un écran absorbant à base de polypyrrole dopé avec FeCl₃ anhydre et de PVC.Preparation of an absorbent screen based on polypyrrole doped with anhydrous FeCl₃ and PVC.

On prépare tout d'abord une solution de 100ml de nitrobenzène contenant 5g de PVC à haute masse moléculaire. 6g de FeCl₃ anhydre sont rajoutés à la solution qui est agitée une dizaine de minutes. 0,4ml de pyrrole est introduit au mélange, ce qui entraîne une polymérisation instantanée du pyrrole. La polymérisation est poursuivie pendant 45 minutes sous flux d'azote.First, a 100 ml solution of nitrobenzene containing 5 g of high molecular weight PVC is prepared. 6g of anhydrous FeCl₃ are added to the solution which is stirred for ten minutes. 0.4 ml of pyrrole is introduced into the mixture, which leads to instant polymerization of the pyrrole. The polymerization is continued for 45 minutes under a stream of nitrogen.

Le mélange réactionnel obtenu est alors versé goutte à goutte dans 1000ml d'éthanol. Il y a alors précipitation de l'alliage polypyrrole-PVC qui est ensuite filtré et rinçé à l'éthanol sur fritté. La poudre est séchée sous vide et est mise en oeuvre par pressage à froid. La concentration en polypyrrole dans le produit obtenu est de 8% en poids environ.The reaction mixture obtained is then poured dropwise into 1000 ml of ethanol. There is then precipitation of the polypyrrole-PVC alloy which is then filtered and rinsed with ethanol on sintered glass. The powder is dried under vacuum and is implemented by cold pressing. The polypyrrole concentration in the product obtained is approximately 8% by weight.

Les caractérisations radioélectriques donnent les valeurs suivantes :

  • f = 130 MHz : ε = 6,5-j8,8
  • f = 1 GHz : ε = 4,5-j1,9
  • f = 4 GHz : ε = 3,9-j0,8
  • f = 10 GHz :ε = 3,7-j0,4.
The radioelectric characterizations give the following values:
  • f = 130 MHz: ε = 6.5-j8.8
  • f = 1 GHz: ε = 4.5-j1.9
  • f = 4 GHz: ε = 3.9-j0.8
  • f = 10 GHz: ε = 3.7-j0.4.

On dispose donc dans ce cas d'un matériau présentant un caractère absorbant jusqu'à 10GHz et un caractère transparent aux ondes radioélectriques à partir de 10GHz.There is therefore in this case a material having an absorbent character up to 10 GHz and a transparent character to radio waves from 10 GHz.

On peut bien entendu accroître la concentration en polypyrrole dans le mélange et obtenir des niveaux de permittivité plus élevés.One can of course increase the polypyrrole concentration in the mixture and obtain higher permittivity levels.

L'écran absorbant les micro-ondes conforme à l'invention peut être un écran monocouche comme décrit dans les exemples 1 à 7 et 10 ou bien un écran multicouche comme représenté sur la figure 3. Cet écran multicouche comporte plusieurs couches 1, 2, 3, ..., n empilées, éventuellement sur un support conducteur 12 présentant des conductivités électriques décroissant de la couche 1 à la couche n.The microwave absorbing screen according to the invention can be a single-layer screen as described in Examples 1 to 7 and 10 or else a multi-layer screen as shown in FIG. 3. This multi-layer screen has several layers 1, 2, 3, ..., n stacked, possibly on a conductive support 12 having decreasing electrical conductivities from layer 1 to layer n.

L'exemple suivant concerne un tel écran multicouche.The following example relates to such a multilayer screen.

EXEMPLE 11 : EXAMPLE 11 :

La couche inférieure ou première couche peut être constituée d'une couche de 2mm d'épaisseur selon l'exemple 8, la seconde couche peut être constituée d'une couche de 1,3mm d'épaisseur selon l'exemple 4 et la troisième couche être constituée d'une couche de 2,7mm d'épaisseur selon l'exemple 10.The lower layer or first layer may consist of a layer 2 mm thick according to Example 8, the second layer may consist of a layer 1.3 mm thick according to Example 4 and the third layer consist of a 2.7mm thick layer according to Example 10.

Les courbes d, e et f de la figure 4 sont relatives à l'évolution du coefficient de réflexion R (exprimé en décibels) avec la fréquence F (exprimée en GHz) pour respectivement les première, seconde et troisième couches seules et la courbe g est relative à cette même évolution pour l'écran multicouche constitué de ces trois couches. Un tel empilement donne un écran qui présente une atténuation à -10dB entre 4,8 et 20 GHz.The curves d, e and f of FIG. 4 relate to the evolution of the reflection coefficient R (expressed in decibels) with the frequency F (expressed in GHz) for the first, second and third layers alone and the curve g relates to this same development for the multilayer screen made up of these three layers. Such a stack gives a screen which has attenuation at -10dB between 4.8 and 20 GHz.

D'une manière générale, le nombre de couches et l'épaisseur de chacune des couches est fonction de l'application envisagée, l'épaisseur totale de l'écran peut varier de 1 à 10 mm.In general, the number of layers and the thickness of each of the layers depends on the application envisaged, the total thickness of the screen can vary from 1 to 10 mm.

EXEMPLE 12EXAMPLE 12

Ecran absorbant à base de polycarbonate et de polypyrrole.Absorbent screen based on polycarbonate and polypyrrole.

200g de polycarbonate sont dissous dans 5 litres de chloroforme à température ambiante. L'agent oxydant (324g de chlorure ferrique anhydre) est ajouté en solution dans l'éther éthylique au mélange précédent. Le pyrrole (60 ml) est ajouté en une fois dans le réacteur. La solution obtenue contient 29 parties en poids de pyrrole pour 100 parties en poids de polycarbonate.200g of polycarbonate are dissolved in 5 liters of chloroform at room temperature. The oxidizing agent (324 g of anhydrous ferric chloride) is added in solution in ethyl ether to the above mixture. The pyrrole (60 ml) is added all at once to the reactor. The solution obtained contains 29 parts by weight of pyrrole per 100 parts by weight of polycarbonate.

La polymérisation du pyrrole se fait sous agitation, sous atmosphère inerte pendant 1 heure.The polymerization of the pyrrole is carried out with stirring, under an inert atmosphere for 1 hour.

La précipitation s'effectue dans 30 litres de méthanol à un débit de 50ml/min. Après filtration et lavage au méthanol, la poudre est séchée sous vide à 20°C. La poudre possède une granulométrie de 120 »m et une conductivité de 3,4.10⁻² ohms ⁻¹.cm⁻¹ à température ambiante.The precipitation takes place in 30 liters of methanol at a flow rate of 50 ml / min. After filtration and washing with methanol, the powder is dried under vacuum at 20 ° C. The powder has a particle size of 120 »m and a conductivity of 3.4.10⁻² ohms ⁻¹.cm⁻¹ at room temperature.

Les mesures radioélectriques effectuées sur la poudre pressée à 200°C sous 18.10⁷PA (1800 bars) pendant 50 minutes donnent une valeur de ε à 4GHz=23-j47.The radioelectric measurements carried out on the powder pressed at 200 ° C under 18.10⁷PA (1800 bars) for 50 minutes give a value of ε at 4GHz = 23-j47.

EXEMPLES 13 et 14EXAMPLES 13 and 14

Ecran absorbant à base de PVC et de polypyrrole dopé par FeCl₃ hexahydraté.Absorbent screen based on PVC and polypyrrole doped with FeCl₃ hexahydrate.

200g de PVC en poudre sont dissous dans 5 litres de nitrobenzène à température ambiante. 300g de FeCl₃ , 6H₂O sont ajoutés au mélange sous agitation.200g of powdered PVC are dissolved in 5 liters of nitrobenzene at room temperature. 300g of FeCl₃, 6H₂O are added to the mixture with stirring.

Une fois la solution devenue limpide, 32 ml de pyrrole (soit 15,4 parties en poids de pyrrole pour 100 parties en poids de PVC) sont alors ajoutés d'un coup dans le réacteur puis la réaction se poursuit sous agitation pendant 1 heure.Once the solution has become clear, 32 ml of pyrrole (ie 15.4 parts by weight of pyrrole per 100 parts by weight of PVC) are then added suddenly to the reactor and the reaction continues with stirring for 1 hour.

Le mélange est alors transféré dans un deuxième réacteur contenant 30 litres d'éthanol. Le transfert est effectué à un débit de 50ml/min, sous une agitation énergique, ce qui permet de contrôler la taille des particules formées au cours de la précipitation.The mixture is then transferred to a second reactor containing 30 liters of ethanol. The transfer is carried out at a flow rate of 50 ml / min, with vigorous stirring, which makes it possible to control the size of the particles formed during precipitation.

Le mélange est ensuite transféré sur un filtre sous pression et rincé à l'éthanol jusqu'à obtention d'une solution de rinçage incolore.The mixture is then transferred to a pressure filter and rinsed with ethanol until a colorless rinsing solution is obtained.

La poudre est séchée sous vide à 20°C, puis désagglomérée pour constituer une poudre fluide constituée de sphères de diamètre 150»m présentant une interpénétration de grains de polypyrrole dans les sphères de PVC.The powder is dried under vacuum at 20 ° C., then deagglomerated to form a fluid powder consisting of spheres with a diameter of 150 μm having an interpenetration of polypyrrole grains in the PVC spheres.

Afin d'obtenir une poudre présentant des caractéristiques de mise en oeuvre optimales, celle-ci est stabilisée à l'aide d'un anti-oxydant commercial (2%) (composé organométallique de l'étain) Irgastab M 70 de chez Cyba Geigy et contient un agent de mise en oeuvre commercial Paraloid 4M 355 de chez Rohm et Haas permettant d'abaisser la viscosité à l'état fondu (4%). La concentration en polypyrrole mesurée dans l'alliage est de 10% en volume.In order to obtain a powder having optimal processing characteristics, it is stabilized using a commercial antioxidant (2%) (organometallic tin compound) Irgastab M 70 from Cyba Geigy and contains a commercial processing agent Paraloid 4M 355 from Rohm and Haas making it possible to lower the viscosity in the molten state (4%). The polypyrrole concentration measured in the alloy is 10% by volume.

Deux types de mise en oeuvre ont été essayés et ont mis en évidence des comportements radioélectriques tout à fait différents.Two types of implementation have been tried and have shown quite different radio behaviors.

Exemple 13 : Pressage uniaxial de la poudre Example 13 Uniaxial pressing of the powder

La poudre est introduite dans un moule préalablement chauffé à 170°C, de dimensions permettant, après refroidissement, d'extraire une éprouvette coaxiale compatible avec le système de mesure utilisé.The powder is introduced into a mold previously heated to 170 ° C., of dimensions allowing, after cooling, to extract a coaxial test piece compatible with the measurement system used.

Le moule est ensuite mis sous pression avec une vitesse de montée en pression de 3,8.10⁷ Pa/ min jusqu'à une pression maximale de 18.10⁷Pa (1800 bars). La pression est alors maintenue pendant 3 minutes puis le moule est extrait de la machine pour être refroidi. L'échantillon est alors prêt pour la mesure radioélectrique.The mold is then pressurized with a pressure build-up speed of 3.8.10⁷ Pa / min up to a maximum pressure of 18.10⁷Pa (1800 bar). The pressure is then maintained for 3 minutes then the mold is extracted from the machine to be cooled. The sample is then ready for radio measurement.

Exemple 14 : Injection de la poudre. Example 14 : Injection of the powder.

La poudre est introduite dans la trémie d'une presse à injecter, la température de la vis étant réglée par zone entre 150 et 180°C et le moule étant préchauffé à 60°C. La pression de moulage est de l'ordre de 1,2.10⁸Pa avec un temps total de cycle de 3 minutes.The powder is introduced into the hopper of a injection molding machine, the temperature of the screw being adjusted by zone between 150 and 180 ° C and the mold being preheated to 60 ° C. The molding pressure is around 1.2.10⁸Pa with a total cycle time of 3 minutes.

Dans le tableau II ci-après, on donne les caractéristiques obtenues sur un alliage pressé ou injecté selon les exemples 13 et 14.In Table II below, the characteristics obtained on a pressed or injected alloy according to Examples 13 and 14 are given.

Les figures 5 et 6 sont respectivement relatives à l'écran des exemples 13 et 14. Les courbes h et j des figures 5 et 6 donnent l'évolution de ε′ avec la fréquence et les courbes i et k des figures 5 et 6 donnent l'évolution de ε˝ avec la fréquence.

  • Matériau pressé, (figure 5)
    La microstructure créée au moment de la synthèse n'est pas détruite ; (on retrouve celle du polypyrrole téflon) puisqu'on observe un comportement classique, c'est-à-dire une variation de ε˝ avec la fréquence F selon la loi ε˝= (σo/εo)(2πF)-S, où σ o est la conductivité statique du matériau et εo est la permittivité du vide (avec ici l'exposant s valant -0,48).
  • Matériau injecté, (figure 6)
    Parallèlement à une diminution globale du niveau de ε′ (courbe j) imputable à une légère dégradation de l'alliage au cours de l'injection, on note l'apparition d'un phénomène nouveau. Il y a présence vers 5 GHz d'une relaxation diélectrique. Celle-ci semble imputable à une modification de la microstructure du matériau. Les agrégats formés au cours du procédé de croissance sont détruits et des grains de polypyrrole se réarrangent pour percoler avec une taille inférieure à celle obtenue dans l'exemple 13.
Figures 5 and 6 are respectively related to the screen of Examples 13 and 14. The curves h and j of Figures 5 and 6 give the evolution of ε ′ with the frequency and the curves i and k of Figures 5 and 6 give the evolution of ε˝ with frequency.
  • Pressed material, (figure 5)
    The microstructure created at the time of synthesis is not destroyed; (we find that of the teflon polypyrrole) since we observe a classic behavior, that is to say a variation of ε˝ with the frequency F according to the law ε˝ = (σo / εo) (2πF) -S , where σ o is the static conductivity of the material and εo is the permittivity of the vacuum (with here the exponent s being -0.48).
  • Injected material, (Figure 6)
    In parallel with an overall decrease in the level of ε ′ (curve j) due to a slight degradation of the alloy during injection, there is the appearance of a new phenomenon. There is a dielectric relaxation around 5 GHz. This seems to be due to a modification of the microstructure of the material. The aggregates formed during the growth process are destroyed and polypyrrole grains rearrange themselves to percolate with a size smaller than that obtained in Example 13.

On dispose donc, avec un même type d'alliage PVC-polypyrrole, de deux familles de matériaux dont les propriétés sont exclusivement liées au mode de mise en oeuvre.We therefore have, with the same type of alloy PVC-polypyrrole, of two families of materials whose properties are exclusively linked to the mode of implementation.

Les courbes des figures 7 et 8 donnent l'évolution du coefficient de réflexion R (en dB) en fonction de la fréquence de l'onde incidente (en GHz) pour respectivement les écrans des exemples 13 et 14 et pour différentes épaisseurs. Les courbes l et q concernent des couches de 1mm ; les courbes m et r des couches de 2mm ; les courbes n et s des couches de 3mm ; les courbes o et t des couches de 4mm et les courbes p et u des couches de 5mm.The curves in FIGS. 7 and 8 give the evolution of the reflection coefficient R (in dB) as a function of the frequency of the incident wave (in GHz) for the screens of Examples 13 and 14 respectively and for different thicknesses. Curves l and q relate to 1mm layers; the curves m and r of the 2mm layers; the n and s curves of the 3mm layers; the curves o and t of the 4mm layers and the curves p and u of the 5mm layers.

On note que le matériau pressé (figure 7) est difficilement accordable en monocouche ; un tel matériau présente surtout un intérêt dans une structure à gradient de conductivité avec une structure tricouche du type :

  • couche interne avec ε′< ε˝ dans tout le domaine de fréquence,
  • couche médiane avec ε′> ε˝ dans une partie du domaine de fréquence comme dans l'exemple 13 (figure 5),
  • couche externe du type plan transparente en polymère isolant de l'alliage (ici le PVC, dont ε vaut 2,7).
Note that the pressed material (Figure 7) is difficult to tune in a single layer; such a material is above all of interest in a structure with a conductivity gradient with a three-layer structure of the type:
  • internal layer with ε ′ <ε˝ in the whole frequency domain,
  • middle layer with ε ′> ε˝ in part of the frequency domain as in Example 13 (Figure 5),
  • outer layer of the transparent planar type of insulating polymer of the alloy (here PVC, of which ε is 2.7).

Le matériau injecté (exemple 14) présente un comportement tout à fait remarquable puisque d'une part il demeure résonnant dans un domaine de fréquences très important (4-16 GHz), ce qui permet un emploi en monocouche dans une large gamme d'épaisseurs et d'autre part des bandes passantes tout à fait importantes (35% à 10 dB) avec conservation de quelques dB jusqu'à 20 GHz (figure 8). En effet, on note qu'un absorbant classique présente un pic d'absorption relativement symétrique alors que le matériau injecté, en épaisseur de 2mm par exemple (courbe r) présente une montée ne dépassant pas les -6dB, ce qui le rend intéressant dans des applications le mettant en association avec des couches isolantes ne fonctionnant plus dans ce domaine de fréquence.

Figure imgb0008
Figure imgb0009
The injected material (example 14) exhibits a quite remarkable behavior since on the one hand it remains resonant in a very large frequency range (4-16 GHz), which allows use in monolayer in a wide range of thicknesses and on the other hand, quite significant bandwidths (35% at 10 dB) with conservation of a few dB up to 20 GHz (Figure 8). Indeed, it is noted that a conventional absorbent has a relatively symmetrical absorption peak while the injected material, in thickness 2mm for example (curve r) has a rise not exceeding -6dB, which makes it interesting in applications putting it in association with insulating layers no longer working in this frequency range.
Figure imgb0008
Figure imgb0009

Claims (10)

  1. Method of manufacturing a microwave-absorbing screen (10) composed of at least one layer (1, n) of an electronically conductive organic polymer, doped by an anion, and of a thermoplastic organic polymer, electrically insulating, these polymers being interpenetrating networks, consisting, for each layer:
    a) - in forming a solution or a colloidal suspension of the insulating organic polymer in a solvent compatible with the chemical reaction for obtaining the doped conductive polymer, this solution or suspension containing an oxidizing anionic dopant;
    b) - in adding to the solution or suspension at least one liquid monomer which can be polymerized by oxidation into the form of the said doped conductive polymer, this monomer including at least one cyclic carbon-containing chain with conjugated double bonds and being added in a proportion of 1 to 30 parts by weight per 100 parts by weight of insulating polymer;
    c) - in letting the system react until complete oxidation of the monomer is obtained and thus polymerizing it in-situ;
    d) - in coprecipitating the insulating polymer and the conductive polymer in order to form a powder of an insulating-polymer/conductive-polymerinterpenetrating network having an electrical conductivity less than 0.1 S/cm;
    e) - in moulding this powder of interpenetrating network in order to form a thick layer of interpenetrating network of 1 to 10 mm in thickness.
  2. Method according to Claim 1, characterized in that step e) consists of a compacting operation or an injection operation.
  3. Method according to Claim 1 or 2, characterized in that the insulating polymer is a polymer which can be emulsified in water.
  4. Method according to any one of Claims 1 to 3, characterized in that the insulating polymer is a perhalogenated polymer.
  5. Method according to Claim 1 or 2, characterized in that the insulating polymer is chosen from polyvinyl chloride, polytetrafluoroethylene and polycarbonates.
  6. Method according to any one of Claims 1 to 5, characterized in that the monomer includes a heteroatom in the cyclic chain.
  7. Method according to any one of Claims 1 to 6, characterized in that the monomer is chosen from pyrrole, thiophene, bithiophene and an alkyl-3-thiophene.
  8. Method, according to any one of Claims 1 to 7, for manufacturing a microwave-absorbing multilayer screen, characterized in that several layers of interpenetrating network are formed by repeating each time steps a) to e) and by changing each time the nature and/or the concentration of the monomer and/or the nature of the insulating polymer so as to obtain layers of different electrical conductivities and in that these various layers are stacked.
  9. Method according to Claim 8, characterized in that the various layers are stacked so that the electrical conductivity of the stack of layers decreases from the first layer (1) to the last layer (n).
  10. Method according to any one of Claims 1 to 9, characterized in that a conductive support (12) is placed in contact with the layer or layers of interpenetrating network in order to support this or these layers.
EP19910402331 1990-08-30 1991-08-29 Method for making a absorbing shield based on electronic conductive polymer Expired - Lifetime EP0473515B1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9010821 1990-08-30
FR9010821A FR2666439B1 (en) 1990-08-30 1990-08-30 ABSORBENT SCREEN BASED ON ELECTRONIC CONDUCTIVE POLYMER.

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP0473515A1 EP0473515A1 (en) 1992-03-04
EP0473515B1 true EP0473515B1 (en) 1995-03-08

Family

ID=9399964

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP19910402331 Expired - Lifetime EP0473515B1 (en) 1990-08-30 1991-08-29 Method for making a absorbing shield based on electronic conductive polymer

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP0473515B1 (en)
DE (1) DE69107936T2 (en)
FR (1) FR2666439B1 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08512178A (en) * 1993-06-25 1996-12-17 ニムツ、ギュンター System for absorbing electromagnetic waves and method of manufacturing the system
US5853889A (en) * 1997-01-13 1998-12-29 Symetrix Corporation Materials for electromagnetic wave absorption panels
US6037046A (en) * 1997-01-13 2000-03-14 Symetrix Corporation Multi-component electromagnetic wave absorption panels
KR20000064579A (en) * 1997-01-13 2000-11-06 심메트릭스 코포레이션 Electromagnetic wave absorption panel
FR2783359A1 (en) * 1998-09-16 2000-03-17 Ferdy Mayer Wideband electromagnetic wave absorbing structure, using two layers with ferrite compact on lower ground side, and composite material on exterior with wave impedance greater than that of air

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
HUT37523A (en) * 1983-12-30 1985-12-28 Polska Akad Nauk Centrum Method for making electrically conducting large-molecule materials
US5162473A (en) * 1986-08-07 1992-11-10 Allied-Signal Neutral and electrically conductive poly(heterocyclic vinylenes) and processes for preparing same
US4851487A (en) * 1988-02-22 1989-07-25 Lockheed Corporation Conductive polymer materials and method of producing same
FR2632979B1 (en) * 1988-06-16 1990-09-21 Commissariat Energie Atomique PROCESS FOR THE PREPARATION OF AN IONIC AND ELECTRONIC MIXED CONDUCTIVE POLYMER AND POLYMERS OBTAINED BY THIS PROCESS
DE3829753A1 (en) * 1988-09-01 1990-03-15 Wacker Chemie Gmbh ELECTRICALLY CONDUCTIVE POLYMERS

Also Published As

Publication number Publication date
DE69107936T2 (en) 1995-10-12
DE69107936D1 (en) 1995-04-13
EP0473515A1 (en) 1992-03-04
FR2666439B1 (en) 1994-03-18
FR2666439A1 (en) 1992-03-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen et al. Electrically conductive polyaniline-poly (vinyl alcohol) composite films: Physical properties and morphological structures
Wang et al. Comparative study of chemically synthesized and plasma polymerized pyrrole and thiophene thin films
Olmedo et al. Microwave absorbing materials based on conducting polymers
Zhang et al. Bio‐Inspired dopamine functionalization of polypyrrole for improved adhesion and conductivity
Malinauskas Chemical deposition of conducting polymers
Armes et al. Preparation and characterization of colloidal dispersions of polypyrrole using poly (2-vinyl pyridine)-based steric stabilizers
Ruckenstein et al. New method for the preparation of thick conducting polymer composites
Han et al. Preparation of poly (3, 4-ethylenedioxythiophene)(PEDOT) coated silica core–shell particles and PEDOT hollow particles
EP0473224A1 (en) Blends of polar polymers and electrically conductive dedoped polymers, process for preparing these blends and use of these blends for making electronic, optoelectrical, electrotechnical and electromechanical devices
Wang et al. Construction of redispersible polypyrrole core–shell nanoparticles for application in polymer electronics
EP0473515B1 (en) Method for making a absorbing shield based on electronic conductive polymer
Basavaraja et al. Electrical conductivity studies on water‐soluble polypyrrole–graphene oxide composites
EP3332893A1 (en) Methods for manufacturing coated metal nanoparticles and a composite material comprising same, use of such a material and device including same
Shen et al. Surface‐modified barium titanate by MEEAA for high‐energy storage application of polymer composites
EP0301930B1 (en) Electrically conducting polymeric composite film and method for preparing it
DE3821885A1 (en) COMPOSITE MATERIALS FROM A CARRIER MATERIAL AND ELECTRICALLY CONDUCTIVE POLYMER FILMS
FR2732501A1 (en) PROCESS FOR MANUFACTURING MATERIALS WITH IMPROVED DIELECTRIC STRENGTH, AND USE OF MATERIALS OBTAINED BY THIS PROCESS IN THE MANUFACTURE OF ENERGY TRANSPORT CABLES
JPH09183945A (en) Conductive polyaniline doped with camphorsulfonic acid
Ruckenstein et al. Effect of a surface active pyrrole on the conductivity of polypyrrole composites
FR2688345A1 (en) STRUCTURE ABSORBING ELECTROMAGNETIC WAVES.
Kubarkov et al. Electrically conducting polymeric microspheres comprised of sulfonated polystyrene cores coated with poly (3, 4-ethylenedioxythiophene)
EP0473510B1 (en) Vapor phase method for making a shield based on conductive polymer and shield obtained by this method
Elyashevich et al. Electroactive composite systems containing high conductive polymer layers on poly (ethylene) porous films
Ford et al. Resistive switching of tetraaniline films: From ultrathin monolayers to robust polymeric blends
Hain et al. Multi‐Sensitive Microgels Filled with Conducting Poly (3, 4‐ethylenedioxythiophene) Nanorods

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BE CH DE GB LI NL

17P Request for examination filed

Effective date: 19920806

17Q First examination report despatched

Effective date: 19940601

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): BE CH DE GB LI NL

REF Corresponds to:

Ref document number: 69107936

Country of ref document: DE

Date of ref document: 19950413

GBT Gb: translation of ep patent filed (gb section 77(6)(a)/1977)

Effective date: 19950612

PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

26N No opposition filed
PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: BE

Payment date: 19960724

Year of fee payment: 6

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Payment date: 19960808

Year of fee payment: 6

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: CH

Payment date: 19960828

Year of fee payment: 6

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Payment date: 19960904

Year of fee payment: 6

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: NL

Payment date: 19960926

Year of fee payment: 6

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 19970829

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: LI

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 19970831

Ref country code: CH

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 19970831

Ref country code: BE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 19970831

BERE Be: lapsed

Owner name: COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE

Effective date: 19970831

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: NL

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 19980301

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: PL

GBPC Gb: european patent ceased through non-payment of renewal fee

Effective date: 19970829

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: DE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 19980501

NLV4 Nl: lapsed or anulled due to non-payment of the annual fee

Effective date: 19980301