FR2736500A1 - Electric heating element in thermoplastic support - has conductive mesh set in thermoplastic matrix that supports and provides insulation - Google Patents
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Abstract
Description
Elément chauffant à matrice thermoplique
La présente invention concerne un élément chauffant, constitué d'un élément conducteur O, associé à une matrice thermoplastique 0, avec isolation électrique @. Thermoplic matrix heating element
The present invention relates to a heating element, consisting of a conductive element O, associated with a thermoplastic matrix 0, with electrical insulation @.
O + O peut être façonné et travaillé à la chaleur pour obtenir divers objets ou pièces chauffantes. La façon peut inclure O, ouO peut être rajouté après ces opérations.O + O can be shaped and heat worked to obtain various heating objects or parts. The way can include O, or O can be added after these operations.
De tels éléments chauffants comprennent, un élément conducteur O type voile de non tissé, non tissé ou fibre (voir annexe A); renforcé par une résine thermoplastique (voir annexe B) ayant le rôle de matrice, résistant mécaniquement et à la chaleur, lui apportant cohésion et possibilité de collage sur d'autres pièces; isolé par un matériau isolant lectrique (voir annexe C), mis dès le départ ou rajouté ensuite.Such heating elements comprise, a conductive element O type nonwoven, nonwoven or fiber veil (see appendix A); reinforced with a thermoplastic resin (see appendix B) acting as a matrix, mechanically and heat resistant, giving it cohesion and the possibility of bonding to other parts; insulated by an electrically insulating material (see appendix C), put in from the start or added later.
Dans certains cas, la résine thermoplastique E > peut aussi avoir la fonction isolante électrique, et éliminer la nécessité d'un troisième produit
Ces éléments peuvent être travaillés et assembles de différentes manières, notamment: - Par estampage, après ramollissement de la résine thermoplastique O, à la manière du travail des métaux en feuilles ,Par moulage sous presse, en moule ouvert ou fermé, avec action de la chaleur ,Par moulage sous vide, avec action de la chaleur ,Par moulage en autoclave e Par complexage, à l'aide d'une machine à calandrer ou autres moyens e Par tout autre moyen visant au ramolissement de la résine termoplastique 9
Une découpe appropriée pourra ensuite être effectuée.In some cases, the thermoplastic resin E> can also have the electric insulating function, and eliminate the need for a third product.
These elements can be worked and assembled in different ways, in particular: - By stamping, after softening of the thermoplastic resin O, in the manner of working sheet metals, By molding in a press, in an open or closed mold, with the action of the heat, By vacuum molding, with the action of heat, By molding in an autoclave e By lamination, using a calendering machine or other means e By any other means aimed at softening the thermoplastic resin 9
A suitable cut can then be made.
Différents types d'éléments chauffants ont été proposés, ou sont actuellement fabriqués et vendus.Different types of heating elements have been proposed, or are currently manufactured and sold.
Une première technique consiste à utiliser une résistance chauffante. Cette technique présente divers inconvénients:
- La diffusion de chaleur n'est pas toujours homogène.A first technique consists in using a heating resistance. This technique has various drawbacks:
- The heat diffusion is not always homogeneous.
- Les moyens d'assemblages mecaniques sont souvent coûteux. - The means of mechanical assemblies are often expensive.
- Le volume utilisé est important
Une deuxième technique consiste à fabriquer de la chaleur à l'aide de l'induction créée par le courant Cette technique présente divers inconvénients:
- La diffusion de chaleur n'est pas toujours homogène.- The volume used is important
A second technique consists of producing heat using the induction created by the current.This technique has various drawbacks:
- The heat diffusion is not always homogeneous.
- Les moyens d'assemblage mécanique peuvent être coûteux
- Le volume utilisé par le système est important.- Means of mechanical assembly can be expensive
- The volume used by the system is important.
- Le rendement n'est pas optimum. - The yield is not optimum.
La troisième technique consiste à obtenir une résistance chauffante à partir dune plaque d'un métal conducteur.The third technique consists in obtaining a heating resistor from a plate of a conductive metal.
Cette plaque, souvent très fine, est mise en place sur un supporL L'ensemble est ensuite découpe selon les proodés de l'attaque chimique, couramment utilisés pour la réalisation de circuits imprimés. Ici, le support assure la cohésion de la plaque une fois découpée.This plate, often very thin, is placed on a support. The assembly is then cut according to the methods of chemical attack, commonly used for the production of printed circuits. Here, the support ensures the cohesion of the plate once cut.
Cette technique prbtnte les inconvénients suivants:
- Le coût de l'ensemble (complexage du métal conducteur sur son support) peut être élevé et l'élaboration de celui techniquement difficile à réaliser en grandes quantités et pour des applications hautes températures.This technique has the following drawbacks:
- The cost of the assembly (complexing of the conductive metal on its support) can be high and the development of that technically difficult to achieve in large quantities and for high temperature applications.
- La bonne cohésion de la plaque de métal conducteur sur son support est parfois difficile à obtenir. - The good cohesion of the conductive metal plate on its support is sometimes difficult to obtain.
Cela pose des problèmes de réalisation pendant l'attaque chimique. On risque de peler le métal conducteur.This poses implementation problems during chemical attack. There is a risk of peeling the conductive metal.
- Le procédé d'attaque chimique requiert, du complexe métal conducteurlsupport, une planéité de qualité. Or, ceci est difficile à obtenir. - The chemical etching process requires a quality flatness of the conductive metal / support complex. However, this is difficult to obtain.
La quatrième technique consiste à obtenir une résistance chauffante par estampage, ou découpe mécanique d'une plaque de métal conducteur. Cette technique présente divers inconvénients:
- Coût relevé des outils de découpe, usure de ceuxì
- Difficultés de manipulation des éléments découpés avec possibilités de déformations importantes, nuisant à l'homogénéité du système
La présente invention a pour objet: = La réalisation d'un élément chauffant présentant une diffusion de chaleur homogène et un très bon rendement thermique.The fourth technique consists in obtaining a heating resistance by stamping, or mechanical cutting of a conductive metal plate. This technique has various drawbacks:
- Raised cost of cutting tools, wear of thoseì
- Difficulties in handling the cut elements with the possibility of significant deformation, affecting the homogeneity of the system
The present invention relates to: = The production of a heating element exhibiting a homogeneous heat diffusion and a very good thermal efficiency.
Les fibres, le non-tissé ou voile non-tissé constituant l'élément conducteur peuvent être distribués de faucon très homogène sur une surface. The fibers, nonwoven or nonwoven veil constituting the conductive element can be distributed very homogeneously over a surface.
e La réalisation d'un élément chauffant occupant un très faible volume. e The realization of a heating element occupying a very small volume.
,La réalisation d'un élément chauffant, facile à fabriquer et facilement industrialisable, quels que soient les formes ou éléments à effectuer, et quantités à réaliser. , The realization of a heating element, easy to manufacture and easily industrializable, whatever the shapes or elements to be made, and quantities to be produced.
La résine thermoplastique se travaille aisément et rapidement. Les cycles de fabrication peuvent être très réduits.The thermoplastic resin works easily and quickly. Manufacturing cycles can be very short.
e La réalisation d'un élément chauffant, pouvant travailler, selon les produits employés et les performances désirées, à de hautes températures en continu. e The realization of a heating element, able to work, according to the products used and the desired performances, at high temperatures continuously.
Certains éléments cités en annexe k, B. et C. ont de très bonnes caractéristiques en température.Certain elements mentioned in appendix k, B. and C. have very good temperature characteristics.
e La réalisation d'un élément chauffant sans limite óu presque sur les intensités et tensions nécessaires à son alimentation, selon la nature et l'épaisseur des produits employés. e The realization of a heating element without limit or almost on the intensities and tensions necessary for its supply, according to the nature and the thickness of the products used.
La présente invention a notamment pour objet la réalisation d'appareils chauffants, avec des températures d'assemblages des éléments comprises entre 280 et 5500C selon les matériaux et pressions utilisés.The present invention particularly relates to the production of heating devices, with assembly temperatures of the elements between 280 and 5500C depending on the materials and pressures used.
Selon la présente invention, l'élément chauffant comprend au moins 3 fonctions:
- élément conducteur, générateur de chaleur
- Liant thermoplastique et éventuellement support de collage de l'élément conducteur
- Isolant électrique de l'élément
Selon la présente invention, l'élément chauffant comprend, *au moins 2 produits", plus généralement "au moins 3 produits":
- Voile non tisse, non tissé ou fibre, ces éléments étant conducteurs
- Une matrice thermoplastique
- Un matériau isolant électrique
Dans le cas de "au moins 2 produits", la résine thermoplastique employée cumule les fonctions de matrice thermoplastique et d'isolant électrique. According to the present invention, the heating element comprises at least 3 functions:
- conductive element, heat generator
- Thermoplastic binder and possibly bonding support for the conductive element
- Electrical insulation of the element
According to the present invention, the heating element comprises, * at least 2 products ", more generally" at least 3 products ":
- Non-woven, non-woven or fiber veil, these elements being conductive
- A thermoplastic matrix
- An electrical insulating material
In the case of “at least 2 products”, the thermoplastic resin used combines the functions of thermoplastic matrix and of electrical insulator.
Nous considérons comme deux produits distincts, l'élément conducteur et la matrice thermoplastique, même si ces deux éléments sont mélangés au sein d'un même produit. Par exemple, un non tissé, un voile non-tissé, ou une fibre associant une matière conductrice à une matière faisant office de matrice thermoplastique.We consider as two distinct products, the conductive element and the thermoplastic matrix, even if these two elements are mixed within the same product. For example, a nonwoven, a nonwoven veil, or a fiber combining a conductive material with a material acting as a thermoplastic matrix.
Annexes k A titre de fibre, de non tissé au de voile non tissé, constituant l'élément conducteur O et pouvant être utilisés selon l'invention, on peut citer, à titre d'exemples, les articles réalisés dans les matières suivantes (alliages et dérivésinclus):
- Cuivre - Carbone - Boron - Tungstène
- Muminium - Constantan - Nickel
- Argent - Acier - Carbure de silicium
Les matières conductrices pourront être associées dans la fibre, le non-tissé ou le voile non-tissé, à d'autres matériaux non-conducteurs qui serviront à titre d'exemples de renfort, de support de métallisation, de support, d'enveloppe, ..Appendices k As a fiber, from nonwoven to nonwoven veil, constituting the conductive element O and which can be used according to the invention, mention may be made, by way of examples, of articles made from the following materials (alloys and derivatives included):
- Copper - Carbon - Boron - Tungsten
- Aluminum - Constantan - Nickel
- Silver - Steel - Silicon carbide
The conductive materials may be associated in the fiber, the nonwoven or the nonwoven veil, with other non-conductive materials which will serve as examples of reinforcement, metallization support, support, envelope. , ..
B. A titre de résines thermoplastiques, constituant la matrice O et pouvant être utilisées selon l'invention, on peut citer, à titre d'exemples, les matières suivantes:
- Polyétherimides (en abrégé PEI)
- Polyether-ethercétones (en abrégé PEEK)
- Polymères à cristaux liquides (en abrégé LCP)
- Polysulfures de phénylène (en abrégé PPS)
- Polyéthersulfures (en abrégé PES)
- Polyimide (en abrégé PI)
Ces matières se présentent généralement sous la forme de films.B. As thermoplastic resins constituting the matrix O and which can be used according to the invention, there may be mentioned, by way of examples, the following materials:
- Polyetherimides (abbreviated PEI)
- Polyether-etherketones (abbreviated PEEK)
- Liquid crystal polymers (abbreviated LCP)
- Polyphenylene sulfides (abbreviated PPS)
- Polyethersulfides (abbreviated PES)
- Polyimide (abbreviated PI)
These materials are generally in the form of films.
On les trouve aussi sous la forme de non-tissés, voiles non-tissés, tissus, ou autres formes pâteuses, liquides,..They are also found in the form of nonwovens, nonwoven webs, fabrics, or other pasty, liquid forms, ..
C. A titre de matériaux isolants électriques, constituant l'isolant électrique O et pouvant être utilises selon
I'invention on peut citer, à titre d'exemples, les matières suivantes:
- Polyirnide
-Teflon
- Perfluoro Alkosy (en abrégé PFA)
- Polyvinylidéne Fluoride (en abrégé PUDF) - -Fluoruated Echylene Propylène (en abrégé FEP)
Ces matières se présentent généralement sous la forme de films.C. As electrical insulating materials, constituting the electrical insulator O and which can be used according to
The invention may be mentioned, by way of examples, the following materials:
- Polyirnid
-Teflon
- Perfluoro Alkosy (abbreviated PFA)
- Polyvinylidene Fluoride (abbreviated PUDF) - -Fluoruated Echylene Propylene (abbreviated FEP)
These materials are generally in the form of films.
On les trouve aussi sous la forme de wn tissés, voiles non-tissés, tissus, ou autres formes pâteuses, liquides, ...They are also found in the form of woven fabrics, non-woven veils, fabrics, or other pasty, liquid forms, etc.
Exemples
Pour tous les exemples cités ci-aprés, I'assemblage des éléments sera réalisé selon les techniques citées en première page (estampage, moulage sous presse, moulage sous vide, moulage en autoclave, complexage ou calandrage).Examples
For all the examples cited below, the elements will be assembled according to the techniques mentioned on the first page (stamping, press molding, vacuum molding, autoclave molding, lamination or calendering).
Voici un premier exemple, d'un élément conforme à l'invention, composé de:
O Un voile non4issé composé de nickel et de carbone
O Une résine thermoplastique PEEK, sous la forme d'un film, d'un non tissé ou autres, quisertdematriceàO. Here is a first example, of an element in accordance with the invention, composed of:
O A non-woven veil composed of nickel and carbon
O A thermoplastic PEEK resin, in the form of a film, a nonwoven or the like, which serves as a bonding agent.
O Un film Kapton (polyimide) de part et d'autres de O + O, collé par O
Voici un deuxième exemple, d'un élément conforme à l'invention, compose de:
O Un voile non-tissé composé de nickel et de carbone
e Une résine thermoplastique polyimide, sous la forme d'un film, qui sert de matrice i 0. O A Kapton film (polyimide) on both sides of O + O, glued by O
Here is a second example, of an element according to the invention, composed of:
O A non-woven veil composed of nickel and carbon
e A thermoplastic polyimide resin, in the form of a film, which serves as a matrix i 0.
Un film Kapton (polyimide) de part et d'autres de O + , collé par O
Voici un troisième exemple, d'un élément conforme à l'invention, composé de:
O Un voile non-tissé composé de nickel et de carbone
e Un film polyimide de part et d'autres de O, la face thermoplastique côte O. A Kapton film (polyimide) on both sides of O +, glued by O
Here is a third example, of an element according to the invention, composed of:
O A non-woven veil composed of nickel and carbon
e A polyimide film on both sides of O, the thermoplastic side on the O side.
e aura la forme d'un film couche ou tri-couhe, avec un côté thermoplastique (pour le bi
couche) ou deux cotés (pour le tri < ouche) et un polyimide classique de l'autre coté (pour le bi
couche) ou au milieu (pour le tri-couche). e will be in the form of a layer or tri-layer film, with a thermoplastic side (for the bi
layer) or two sides (for sorting <ouche) and a conventional polyimide on the other side (for bi
layer) or in the middle (for the tri-layer).
Voici les pièces qui pourront être réalisées selon les exemples précédents:
- Appareils domestiques, électroménager chauffant (semelles de fer à repasser, fours, plaques, ...)
- Radiateurs muraux (panneaux extra-plats favorisant une diffusion de chaleur homogène,
planchers, plafonds, murs,...)
- Outillages, équipements chauffants pour transports (avion, train, automobile, bateau ...)
Exemple complémentaire
Les exemples précédents montraient la réalisation d'éléments chauffants, selon l'invention.Here are the parts that can be made according to the previous examples:
- Domestic appliances, heating appliances (iron soles, ovens, hotplates, etc.)
- Wall radiators (extra-flat panels favoring homogeneous heat distribution,
floors, ceilings, walls, ...)
- Tools, heating equipment for transport (plane, train, automobile, boat ...)
Complementary example
The preceding examples showed the production of heating elements according to the invention.
L'exemple suivant inclut les éléments périphériques. Les orientations données dans cet exemple, ou certains éléments cités, pourront servir de base de travail dans la réalisation d'appareils chauffants type semelles de fer à repasser, par exemple. Se reporter au dessin joint pour une meilleure compréhension.The following example includes peripheral items. The orientations given in this example, or certain elements mentioned, could serve as a working basis in the production of heating devices such as iron soles, for example. Refer to the attached drawing for a better understanding.
Cet élément conforme à l'invention est composé de l'empilage suivant: 1 Une plaque aluminium, ou acier, ou autres métaux, alliages et dérivés Q Un film de résine thermoplastique PEEK, utilisé comme colle de O'sur 3 Q Un film poiyimide, utilise comme isolant électrique 4 Un film de résine thermoplastique PEEK, utilisé comme colle de (a) sur 5 et matrice de O5 5 Un voile non-tissé composé de nickel et de carbone 4 Un film de résine thermoplastique PEEK, utilisé comme colle de 3 sur 5 et matrice de 5
Dans certains cas, cet élément (i) sera facultatif.Ce dans l'hypothèse où le premier film (3 cité ci-tiessus a suffisamment "mouillés (fi) afin de réaliser un collage uniforme et de remplir pleinement la fonction matrice.This element in accordance with the invention is composed of the following stack: 1 An aluminum plate, or steel, or other metals, alloys and derivatives Q A film of PEEK thermoplastic resin, used as O's glue on 3 Q A polyimide film , uses as electrical insulation 4 A film of thermoplastic resin PEEK, used as glue of (a) on 5 and matrix of O5 5 A non-woven web composed of nickel and carbon 4 A film of thermoplastic resin PEEK, used as glue of 3 out of 5 and matrix of 5
In certain cases, this element (i) will be optional. This is on the assumption that the first film (3 mentioned above has sufficiently "wet (fi) in order to achieve uniform bonding and to fully fulfill the matrix function.
Un film polyimide, utilisé comme isolant électrique Q Un film de résine thermoplastique PEEK, utilisé comme colle de Ol sur 6 Q Une plaque aluminium, ou acier, ou autres métaux, alliages et dérivés
Des thermocouples pourront être incorporés entre les éléments Q, qui prennent en sandwich les éléments 4 et dans ou sur 4 et tlD. Ces thermocouples permettront de transmettre les informations nécessaires à la régulation thermique de l'élément chauffant.A polyimide film, used as an electrical insulator Q A PEEK thermoplastic resin film, used as a glue of Ol on 6 Q An aluminum plate, or steel, or other metals, alloys and derivatives
Thermocouples can be incorporated between the elements Q, which sandwich elements 4 and in or on 4 and tlD. These thermocouples will allow the transmission of the information necessary for the thermal regulation of the heating element.
5 sera connecté à une alimentation électrique qui pourra être régalée.5 will be connected to a power supply which can be adjusted.
L'assemblage se fera aux moyens des techniques citées précédemment avec des températures d'assemblages des éléments comprises entre 280 et 5500C selon les matériaux et pressions utilisés.The assembly will be done by means of the techniques mentioned above with assembly temperatures of the elements between 280 and 5500C depending on the materials and pressures used.
L'assemblage à la presse est très approprié.Press assembly is very suitable.
Cet exemple propose une solution, sans toutefois couvrir toutes les solutions que laissent envisager l'invention.This example proposes a solution, without however covering all the solutions which the invention allows.
Les films PEEK pourraient par exemple, être remplacés par d'autres films ou autres formes de matrices thermoplastiques, tout comme des films isolants bi ou tri < ouches, pourraient assurer simultanément lesfonctions matrice thermoplastique et isolation électrique. Nous pourrions également utiliser une fibre, un non-tissé ou voile non-tissé, associant une matière conductrice et une matière thermoplastique, pour simplifier l'empilage. PEEK films could, for example, be replaced by other films or other forms of thermoplastic matrices, just as bi- or tri-folded insulating films could simultaneously provide the thermoplastic matrix and electrical insulation functions. We could also use a fiber, a nonwoven or nonwoven veil, combining a conductive material and a thermoplastic material, to simplify stacking.
Claims (4)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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FR9508209A FR2736500A1 (en) | 1995-07-03 | 1995-07-03 | Electric heating element in thermoplastic support - has conductive mesh set in thermoplastic matrix that supports and provides insulation |
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Country Status (1)
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