FR2540041A1

FR2540041A1 - Stratifie conducteur de l'electricite

Info

Publication number: FR2540041A1
Application number: FR8306589A
Authority: FR
Inventors: Gene Edward Grosheim; Alwyn Frederick Wiebe
Original assignee: Formica Corp
Current assignee: Formica Corp
Priority date: 1983-01-28
Filing date: 1983-04-21
Publication date: 1984-08-03
Also published as: BR8302839A; GB8309428D0; DE3323461A1

Abstract

Ce stratifié comprend comme composant de son âme une couche fibreuse conductrice de l'électricité pouvant être imprégnée d'une résine de stratification et il assure une dissipation non instantanée des charges statiques, à une vitesse limitée.

Description

La présente invention concerne un stratifié conducteur de l'électricité.

Depuis de nombreuses années, on emploie des stratifiés comme matériaux de surface dans les habitations et les locaux commerciaux et industriels. Des applications typiques de tels stratifiés sont le revêtement superficiel des murs, des cloisons, des dessus de table, des dessus de comptoir, des meubles, des portes et similaires. On produit generalement ces stratifiés à partir d'une âme faite de feuilles imprégnées de résine qui sont généralement composées de papier kraft qui a été im- prégné d'une résine thermodurcissable et plus particulièrement d'une résine thermodurcissable phénolique soluble ou insoluble dans lteau. Lorsque le papier kraft a été imprégné de la résine thermodurcissable, on sèche les feuilles et on les découpe à la taille appropriée.Ensuite, on empile les unes sur les autres plusieurs de ces feuilles imprégnées de résine. Le nombre des couches ou feuilles de la pile dépend de l'emploi final auquel on destine le stratifié. Pour la plupart des applications, le nombre des couches de ces feuilles constituant l'âme est au total d'environ 3 à 9, mais il peut atteindre 12 â 15.

On place ensuite sur la pile de feuilles constituant l'âme, une feuille décorative qui estgénéralement une feuille de papier portant un motif imprimé ou de couleur claire impré- gnée d'une résine thermodurcissable noble qui ne noircit pas notablement par application de la chaleur. Des résines appropriées aux feuilles décoratives sont les résines d'aminotriazine et plus particulièrement les résines de mélamine-formaldéhyde, les résines de benzoguanamine#formalde'hyde et les résines de polyester insaturé et similaires.Il est généralement souhaitable, lorsqu'on fabrique des stratifiés decoratifs, d'employer une feuille protectrice de recouvrement que lton place sur le dessus et qui est semblable à la feuille décorative mais qui est généralement dépourvue de motif et est transparente dans le stratifié final. On place la pile des feuilles imprégnées dans une presse de stratification et on la densifie par chauffage et pressage en une structure unitaire. Pendant le stade de densification, les résines thermodurcissables sont transformées sous une forme thermodurcie et forment ainsi une matière superficielle extrêmement dure, attrayante et permanente.Pour des raisons économiques évidentes, il est habituel de densifier plusieurs de ces stratifiés individuels réunis en un ensemble important ou charge de presse, lesdites piles étant séparées les unes des autres par une feuille amovible puis de stratifier cette charge par application de chaleur et de pression.

La charge de presse est ensuite pressée ou moulée.

Pour cela, on place la charge entre les plateaux d'une presse hydraulique. La presse comporte généralement des ouvertures multiples, si bien que plusieurs charges peuvent être pressées ensemble. Lorsqu'on opère ainsi, on obtient un stratifié à surface très lisse avec un fini brillant. On emploie autres techniques pour produire des stratifiés ayant des finis superficiels allant d'une texture satinée ou brossée å fortement gauffrée.

Bien que ces stratifiés connaissent un succès commercial, en particulier dans le domaine de la décoration, ils présentent un défaut qui limite leur emploi dans des domaines tels que les planchers, les parois et les plafonds des pièces où l'on utilise des ordinateurs ; les meubles et boîtiers contenant des appareils électroniques ; les planchers des hôtels, etc. ; les pièces des hôpitaux et des laboratoires où on manipule des pellicules sensibles aux phénomènes électrostatiques et où des vapeurs dangereuses et similaires sont présentes, c'est-à-dire les domaines où l'accumulation ailectricité statique sur les surfaces pose des problèmes Ce défaut est l'incapacité des stratifiés à limiter les courants électrostatiques.

Le brevet US 4 301 040 fournit un stratifié sur lequel ne s'accumule pas de charge statique dans lequel le dos d'un stratifié décoratif classique est revêtu d'un liant polymère filmogène particulaire dans lequel est dispersée uniformément une quantité réduisant l'accumulation des charges statiques d'une matière particulaire conductrice de ltélectricité telle que du carbon-black.

Bien que les stratifiés du brevet précité résolvent le problème de l'accumulation des charges statiques, ils nécessitent de lier des particules conductrices avec des adhésifs, ce qui provoque une élimination des particules lors d'un contact avec la surface. De plus, il se produit souvent une déstratification de la surface en particules conductrices lorsque le stratifié est mis en contact avec des matières telles que l'eau. De plus, lorsqu'on usine les stratifiés, par exemple lorsqu'on les scie, les perce, etc., ces particules de matière conductrice de lsélectricité tendent à s'éliminer.

Un autre problème que posent les stratifiés est la difficulté d'application à la surface revêtue d'adhésif de quantités uniformes de la matière conductrice particulaire.

L'invention fournit un stratifié conducteur de l'é- lectricité qui assure une dissipation non instantanée des charges statiques à vitesse réglée, supprimant les défauts des stratifiés conducteurs de l'art antérieur. Dans le stratifié de l'invention, on utilise une nappe fibreuse conductrice de ltélectricité comme composan#t de l'âme du stratifié. L'utilisation de ces composants conducteurs rend inutile l'emploi d'adhésifs spéciaux nécessaires lorsquton emploie des particules libres comme c'est le cas dans le brevet précité et permet d'employer des résines normales phénoliques et/ou de me lamine comme matière d'imprégnation et comme adhésif.La nappe fibreuse conductrice devient partie intégrante du stratifié obtenu, ce qui contribue à la résistance à la de' stratification du stratifié. Les nouveaux stratifies de l'invention peuvent être usines comme les stratifiés classiques car ils ne contiennent pas de couches de particules massives. Bien que la nappe fibreuse conductrice soit placée à l'intérieur de l'âme du stratifié, le stratifié conserve une résistivité superficielle élevée qui constitue un élément de sécurite tandis que la base conductrice formant masse assure de façon inattendue une décharge électrique réglée à travers cette surface.De plus, conme la couche conductrice n'est pas exposée à une usure ni à une destruction accidentelle lors de l'emploi du stratifié car elle n'est pas à la surface supérieure du stratifié, le stratifié n'a pas tendance à contaminer l'environnement par de petits fragments conducteurs susceptibles de nuire à l'appareillage électronique. Bien que les produits du brevet précité apportent pratiquement les memes avantages que ceux de l'invention, les produits de l'art antérieur nécessitent l'emploi d'un type d'adhésif pour les composants du stratifié et d'un autre type d'adhésif pour les particules conductrices En outre, seul un type d'adhésif peut être employé pour lier le stratifié à un support.Au contraire, les stratifiés de l'invention permettent d'employer les adhésifs les plus courants pour cet emploi.

L'invention et ses modes de réalisation préférés vont maintenant être décrits de façon detaillée.

Comme précédemment indique, les nouveaux stratifiés de l'invention sont conducteurs de ltélectricité et contiennent au moins comme un des composants de leur âme, une nappe fibreuse conductrice de ltélectricité. Les stratifiés de l'invention ont une surface supérieure ayant une résistivité superfi cielle relativement élevée, c'est-à-dire d'environ 1013-108#/@ , et une ou plusieurs strates ou plis dtune couche conductrice non filmogène ayant une résistance d'environ 1-100 000 t# /cm.

Lorsqu'un tel stratifié est mis à la terre, la nature conductrice de ltélectricité du système est telle que le potentiel électrique de la terre est atteint à une vitesse limitée non instantanée.

Les propriétés précitées sont conférées aux nouveaux stratifiés par remplacement d'au moins une feuille de papier kraft de l'âme d'un stratifié classique par une nappe fibreuse conductrice de l'électricité. La nappe est de préférence faite d'un papier à base de fibres de cellulose ayant une forte char ge en matière conductrice de l'électricité telle que du carbone, du carbon-black, de l'argent, de l'aluminium et des sels métalliques, par exemple de silicate d'aluminium, un mélange alumine-silicate > du graphite et similaires sous une forme quelconque. Si la matière conductrice est employée sous forme de particules, la taille des particules doit eAtre# inferieure à environ 40 nm et de préférence d'environ 25 à environ 35 nm.

De plus, la matière conductrice peut être employée sous forme de paillettes, de fibres, etc., ou de leurs combinaisons. La nappe fibreuse peut être produite selon des procédés connus, la matière conductrice étant généralement ajoutée à la: nappe lors de sa production. La matière conductrice de ltélectricité doit être présente dans la nappe à raison d'environ 1 à 60 % en poids, de préférence de 5 à 40 % en pojd s.

La nappe fibreuse conductrice de ltélectricité peut être placée n'importe où dans l'amie du stratifié et on peut employer plusieurs nappes dans l'ame G On préfère cependant que plus d'un quart et jusqu'à la moitié des feuilles de 1' & e classique soit remplacée par des nappes conductrices de lté- lectricité.On préfère qu'au moins une de ces nappes conductrices constitue la feuile de dos du stratifié et on préfère encore plus que la nappe conductrice soit placée aussi près que possible de la partie supérieure de l'#ine. Bien qu'on pré- fère des particules de matière conductrice de ltélectricité, comme précédemment indiqué, on peut employer la matière sous forme par exemple de fibres qui sont mises sous forme de nappes fibreuses seules ou en combinaison avec des fibres de cellulose. En variante, on peut incorporer la matière conductrice dans la nappe fibreuse par emploi d'une résine phénolique contenant la matière conductrice pour imprégner la nappe.Bien qu'elle soit possible, cette façon de procéder a moins d'intérêt commercial que l'emploi de feuilles de papier chargées de particules ou de nappes de fibres de carbone, comme indiqué ci-dessus.

Comme précédemment indiqué, l'invention concerne des stratifiés décoratifs. Pour produire de tels stratifiés déco ratifs, on forme un ensemble superposé constitué de a. plusieurs feuilles cellulosiques imprégnées de résine phé
nolique thermodurcissable constituant l#amAe dont au moins
une est conductrice de l'électricité b. une feuille décorative placée immédiatement au-dessus de
(a) et imprégnée d'une résine thermodurcissable noble, de
préférence une résine mélamine/formaldéhyde c. une feuille de recouvrement protectrice éventuelle impré
gnée également d'une résine thermodurcissable noble, de
préférence une résine mélamine/formaldéhyde d. éventuellement, une feuille amovible et e. un plateau de presse ou un modèle, et on densifie par application de chauffage et de pression sous forme d'un stratifié décoratif dont la surface est l'image exacte du plateau de la presse et du modèle éventuel. on sépare le stratifié du plateau de la presse grtce à la feuille amovible.

La feuille décorative employée dans la fabrication du stratifié est bien connue dans l'art et est généralement constituée d'une feuille imprimée ayant un poids surfacique d'environ 80-200 g/m. La résine dont elle est imprégnée est généralement une résine mélamine/formaldéhyde. On imprègne la feuille d'environ 35 à environ 55 % en poids de résine par rapport au poids total de la feuille.

On peut placer une feuille de recouvrement sur la feuille décorative, si on le désire, pour munir le stratifié décoratif d'une surface protectrice comme il est connu dans la technique. Dans ce cas, on peut employer un papier contenant de l'alphacellulose ayant un poids surfacique d'environ 16-60 gXm et imprégné d'une résine mélamine/formaldéhyde à une teneur comprise entre environ 50 et 75 % en poids par rapport au poids total de la feuille.

Les exemples suivants sont présentés à titre purement illustratif et ne limitent en rien l'invention. Sauf in dication contraire, les parties et pourcentages sont exprimés en poids.

Exemple l
On forme un ensemble pour stratifié en superposant les éléments suivants l. une plaque de fer supérieure, 2. huit feuilles de papier kraft d'amortissement, 3. une feuille de séparation en papier cristal, 4. une feuille de papier cellulosique ayant un poids surfaci
que de 195 g/m imprégnée d' une résine phénolique thermo-
durcissable, contenant 40 % en poids de particules de car
bone et 34 ao de résine phénolique, 5. cinq feuilles de papier kraft (poids surfacique 185 g/m)
imprégnées de la même résine phénolique thermodurcissable
qu'en (4), 6. une feuille décorative imprimée en papier contenant de la
cellulose imprégnée d'une résine thermodurcissable mélani
ne/formaldéhyde > 7. une feuille de recouvrement contenant de l'alpha-cellulose
imprégnée d'une résine thermodurcissable mélamine/formal
déhyde, 8. une feuille d'un papier de séparation à base d'une pelli
cule d'aluminium, 9. un plateau de presse.

On place ensemble dans une presse de stratification puis on densifie par application de-chaleur et de pression sous une pression supérieure à 6,89 MPa et å une température de 140-150 OC, pendant 20 minutes. On retire ensuite l'ensemble de la presse et on récupère le stratifié.

On charge ensuite la surface du stratifié obtenu à 5 000 V puis on mesure le temps de dissipation de la charge qui est de 0,05 s. On mesure la résistivité superficielle et la résistivité volumique qui sont respectivement de 1x1012Q/z et 1 x l012.#.cm.

Exemple 2
On reprend le mode opératoire de l'exemple 1, si ce n'est qu'on supprime la couche conductrice 4 et qu'on remplace chacune des feuilles de papier kraft du composant 5, individuellement et successivement par une couche semblable à la couche 4. On recueille les stratifiés obtenus et on détermine leur résistivité spécifique et le courant permanent à la terre. Le mode d'essai est le suivant
On monte une source de tension continue de 500 V avec un maximum de 3 mA, un dispositif pour appliquer cette tension (courant) à la surface d'un échantillon et un dispositif pour détecter cette tension (courant) ou une portion de celle-ci conduite à travers l'échantillon à une terre électrique commune.La source à 500 V est fournie par un ohmmètre à grande résistance, par exemple le Dr. Kamphausen Milli-T02, et le dispositif pour appliquer cette tension à la surface de l'échantillon est une sonde Electro-Tech System "IKE" > modèle 802. On peut obtenir avec ce système des tensions atteignant 500 V et des courants atteignant 3 mA.

Un échantillon soumis à l'essai conduit le courant en fonction de la combinaison de ses résistivité superficielle et volumique. Si on raccorde un échantillon à une terre commune, une portion mathématiquement déterminable de ce courant le traverse. La détection et la mesure de ce courant permettent de mesurer l'aptitude de l'échantillon à-éliminer les charges électrostatiques indésirables. On utilise la résistance dten 6 trée de 1 megohm (106 #) d'un enregistreur à bande, par exemple le Soltec modèle 1402, pour mesurer l'importance du courant passant à la terre. Plus le courant est élevé, plus la tension mesurée est importante.

Pour évaluer les échantillons, on applique une tension à la sonde à travers un mécanisme de commutation mécanique, pendant une période suffisante pour permettre si possible d'atteindre une tension (courant) permanente, puis on supprime la tension appliquée et on observe la décroissance du signal. La plu part des matériaux présentent une certaine capacité (C) et une conduction régulière ne s'établit qu'après un temps dé-.

terminé. Il est souhaitable qu'un matériau ait une capacité minimale ; l'application d'une tension doit donc très rapidement établir des conditions permanentes et lorsque la tension est supprimée, le potentiel créé doit disparate par décharge à la terre.

De plus, un paramètre important de la définition d'un matériau est l'importance de la tension permanente (courant).

Plus cette valeur est élevée, plus l'échantillon est conducteur.

Les résultats des essais effectués sur les divers stratifiés produits dans l'exemple l dont les feuilles de 1'âme que l'on a remplacées du sommet vers le fond sont identifiées respectivement Fl à F5 figurent dans le tableau ci-dessous.

TABLEAU
Feuille de Kraft remplacée Tension permanente (Volts)
F1 0,44
F2 0,21
F3 0,29
4 0,09
F5 0,057
Témoin * 0,00002 *Stratifié classique (non conducteur)
Exemple 3 (Comparatif)
On lie un stratifié décoratif haute pression classique non conducteur, c'est-à-dire le stratifié de l'exemple 1 dont la couche 4 a été supprimée, avec une colle de contact disponible dans le commerce à un support constitué d'un panneau de particules selon une technique de fabrication admise et on conditionne dans un environnement à 50 % d'humidité relative.

On applique un potentiel continu de 500 V à la surface du stratifié et on enregistre sur un enregistreur a' bande la chute de tension entre le stratifié et la terre à travers une résistance de l megohm. On enregistre un pic de tension initial de 0,02 V, suivi d'une tension permanente de 0,031 V. Ces signaux faibles indiquent l'existence d'un courant relativement faible à travers le stratifié.

Exemple 4
On prépare un stratifié comme dans 1?exemple 1 en plaçant la couche conductrice de l'électricité sur la surface arrière. On lie le stratifié à un support fait d'un panneau de particules et on conditionne comme dans l'exemple 3. Ltap- plication d'une tension continue de 500 V à sa surface produit une tension de pointe typique supérieure à 0,1 V et des tensions permanentes supérieures à 0,02 V. Ceci correspond à un accroissement de 50 fois de la capacité du stratifié à conduire à la terre l'excès de charges par rapport au stratifié de l t exemple 3.

Exemple 5
On prépare des stratifiés comme dans l'exemple 1 en plaçant une ou plusieurs nappes conductrices de fibres de carbone entre les feuilles de papier kraft de l'amie du stratifié sans enlever ces feuilles. Ces voiles de fibres de carbone (feuilles légères) sont constitués de fibres de carbone longues de 19 mm, de fibres de polyester longues de 19 mm et de pâte de bois dur avec une charge de fibres de carbone comprise entre environ l So et environ 90 %. La pâte de bois dur est maintenue à une valeur constante de lO S0 tandis que la quantité de fibres de polyester varie proportionnellement à celle des fibres de carbone. Le poids surfacique de la nappe pour une charge en fibres de carbone de 90 X est de 6,78 g/m, tandis qu'il est de 11,2 g/m pour une charge de 40 ~o.

On place les nappes de carbone dans le stratifié telles qu'elles sont fabriquées, ctest-à-dire sans qu'elles soient saturées d'une résine phénolique classique. L'écoulement de la résine au contact et à l'intérieur de la nappe de carbone se produit sous l'effet de la pression élevée associée à itopéra- tion de stratification. L'emploi d'une nappe conductrice sèche constitue un avantage important du procédé.

L'application d'une tension d'essai aux surfaces des stratifiés contenant les nappes légères de carbone provoque des tensions de pointe de 0,06-0,08 V et des tensions permanentes de 0,01 V.

Exemple 6
Lorsqu'on place les voiles légers de exemple 5 directement en dessous de la feuille décorative la couleur de la surface du stratifié demeure inchangée.

Exemple 7
On reprend le mode opératoire de l'exemple 2, si ce n'est qu'on remplace 2 feuilles de papier kraft par 2 nappes conductrices dans les positions F2 et F4. Sous l'application d'une tension, on observe des tensions de pointe d'environ 0,08 V et des tensions permanentes de 0,016 V

Claims

R R V R N D I C A T I O N S

1 - Stratifié décoratif conducteur de l'électricité contenant une nappe fibreuse conductrice de 11 électricité comme composant de son âme, une feuille décorative et, éventuel~ lement, une feuille de recouvrement.

2 - Stratifié selon la revendication 1, dans lequel ladite nappe fibreuse-est placée comme feuille ultime du dos de I'âme du stratifié et en-dessous de ladite feuille décorative.

3 - Stratifié selon la revendication 1, dans lequel ladite nappe fibreuse est placée comme feuille supérieure de ltâme du stratifié et en dessous de ladite feuille décorative.

4 - Stratifié selon la revendication 1, dans lequel ladite nappe fibreuse est constituée d'une feuille de papier chargée de particules de carbone.

5 - Stratifié selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite nappe fibreuse est constituée d'une feuille contenant des fibres de carbone.

6 - Stratifié selon la revendication 1, dans lequel ladite nappe fibreuse est placée au milieu de Loâme dudit stratifié.

7 - Stratifié selon la revendication 1, caractérisé en ce que plusieurs nappes conductrices sont placées dans ladite âme.