FR3095773A3 - Composant multicouche façonné avec des capacités fonctionnelles - Google Patents

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Abstract

COMPOSANT MULTICOUCHE FAÇONNÉ AVEC DES CAPACITÉS FONCTIONNELLES Un composant multicouche façonné avec des capacités fonctionnelles qui comporte : un corps d’injection (10) rigide constitué d’un premier matériau polymère qui comprend une face principale (11); une feuille de revêtement (20) ayant des capacités fonctionnelles et qui comprend, un second matériau, ladite couche étant thermosoudée à ladite face principale (11); dans lequel la face principale (11) est lisse et plane ou lisse et avec des rayons de courbure supérieurs à 20 mm; la feuille de revêtement (20) inclut en outre un matériau fonctionnel électro-conducteur (21) souple mélangé avec ou disposé sur le second matériau polymère formant au moins un circuit conducteur en liaison avec une source d’énergie électrique, ledit matériau fonctionnel électro-conducteur (21) étant stable à l’intérieur d'une plage de températures de fusion du premier et du deuxième matériaux; permettant un thermo-soudage de la feuille de revêtement (20) sur le corps d’injection (10) sans destruction du circuit conducteur. Figure pour l'abrégé : figure 1

Description

COMPOSANT MULTICOUCHE FAÇONNÉ AVEC DES CAPACITÉS FONCTIONNELLES
Domaine de la technique
La présente invention concerne le domaine des composants multicouche façonnés avec des capacités fonctionnelles, à savoir, des composants auxquels on a donné une forme déterminée, qui sont composés de diverses couches superposées et qui ont la capacité de réaliser des fonctions qui s’ajoutent aux propres fonctions du composant initialement proposé.
État de la technique
On connaît les composants multicouche façonnés au moyen d’un processus de moulage connu sous le nom de « in mold decoration » (décoration dans le moule) qui consiste à introduire une feuille avec des motifs décoratifs imprimés à l’intérieur d’un moule, à fermer le moule et à injecter un matériau polymère fondu à l’intérieur dudit moule qui restera en contact avec ladite feuille. Les motifs décoratifs sont transférés à la surface du composant moulé.
On connaît également le processus connu sous le nom de « in mold labelling » (étiquetage dans le moule) qui est similaire à la décoration dans le moule mais qui ne transfère pas uniquement des motifs décoratifs imprimés mais une étiquette, qui peut être en papier ou en plastique, avec une face imprimée visible et avec une face qui est collée au composant moulé.
Le modèle d’utilité CN208283675U décrit un processus similaire à ceux décrits précédemment au moyen duquel on colle une couche fonctionnelle qui offre un filtre optique sur un composant moulé transparent destiné à être utilisé comme lunettes ou comme visière de protection oculaire.
Aucun des procédés connus ne permet d’obtenir des capacités fonctionnelles actives, à savoir, pouvant être réglées ou modifiées à volonté, avec les avantages économiques et résistants qu’offrent les produits obtenus avec les processus de fabrication susmentionnés.
Brève description de l’invention
La présente invention concerne un composant multicouche façonné avec des capacités fonctionnelles qui comporte, d’une manière connue en soi dans l’industrie :
- un corps d’injection rigide constitué d’un premier matériau polymère qui comprend une face principale et qui est fusible sans destruction à l’intérieur d’une première plage de températures de fusion ;
- une feuille de revêtement avec des capacités fonctionnelles qui comprend, au moins une couche en contact avec la face principale du corps d’injection, un second matériau, fusible sans destruction à l’intérieur de la première plage de températures de fusion, ladite couche étant thermosoudée à la face principale du corps d’injection.
À savoir, on connaît un composant qui comprend un corps constitué d’un premier matériau polymère moulé et doté d’une face principale sur laquelle vient adhérer par thermosoudage une feuille de revêtement ayant des capacités fonctionnelles qui ajoute de fonctionnalités aux propres fonctionnalités du corps en matériau polymère.
Pour être moulé, le premier matériau polymère doit être fondu à une température comprise à l’intérieur de la première plage de températures de fusion et injecté à l’intérieur d’un moule étant à ladite température.
Le composant proposé inclut en outre, d’une manière non connue dans l’état de la technique :
- le fait que la face principale du corps d’injection soit lisse et plane ou soit lisse et avec des rayons de courbure supérieurs à 20 mm ; et
- le fait que la feuille de revêtement inclue en plus d’un matériau fonctionnel électro-conducteur souple mélangé avec ou disposé sur le second matériau polymère formant au moins un circuit conducteur en connexion avec une source d’énergie électrique, ledit matériau fonctionnel électro-conducteur étant stable à l’intérieur de la première plage de températures de fusion.
On propose donc que la feuille de revêtement intègre un ou plusieurs circuits conducteurs constitués d’un matériau fonctionnel électro-conducteur souple, permettant le passage d’électricité à travers le composant proposé, ladite électricité pouvant être utilisée pour doter le composant de diverses capacités fonctionnelles actives, comme peuvent l’être par exemple des capacités fonctionnelles optiques, acoustiques, lumineuses, thermiques, sensibles, etc.
On propose le matériau fonctionnel électro-conducteur qui est constitué d’un matériau sélectionné pour être stable à l’intérieur de la première plage de températures de fusion, à savoir que le matériau fonctionnel électro-conducteur ne subira aucune altération quand il sera chauffé jusqu’à une température contenue à l’intérieur de ladite première plage de températures. Ceci permet qu’au moins un circuit conducteur soit inclus dans la feuille de revêtement avant le thermosoudage de la feuille de revêtement sur le corps d’injection pendant le moulage du corps d’injection sans que la chaleur produite pendant ladite opération n’endommage le circuit conducteur mentionné.
Le matériau fonctionnel électro-conducteur intégré dans la feuille de revêtement sera souple, toutefois, si ladite feuille de revêtement était pliée de manière excessive, il pourrait y avoir un risque d’interrompre les circuits conducteurs. Pour éviter ce problème, on propose que la face principale du corps d’injection sur laquelle vient adhérer la feuille de revêtement soit lisse et plane ou soit lisse et avec des rayons de courbures supérieurs à 20 mm, ce qui permet de s’assurer que lors de l’adhésion de la feuille de revêtement sur le corps d’injection, il ne se produit pas des plis excessifs de ladite feuille de revêtement.
Ledit matériau fonctionnel électro-conducteur pourra être, par exemple, imprimé ou collé sur la surface du reste de la feuille de revêtement. Ce mode de réalisation permet de réaliser des circuits conducteurs personnalisés ayant une quelconque configuration souhaitée.
En variante, on envisage que le matériau fonctionnel électro-conducteur soit ajouté sous forme d’additif dispersé à l’intérieur du second matériau constituant la feuille de revêtement, dotant ledit second matériau de capacités fonctionnelles incrémentées de conduction électrique. Dans un tel cas, la forme et disposition de la feuille de revêtement est celle qui déterminera le circuit conducteur obtenu.
Conformément au procédé de fabrication préféré du présent composant, à l’intérieur d’un moule, on disposera la feuille de revêtement, qui intégrera des circuits conducteurs constitués par le matériau fonctionnel électro-conducteur, avant de fermer le moule.
Ensuite, on fait fondre et on injecte dans le moule le premier matériau polymère qui le remplit et entre en contact avec ladite couche de la feuille de revêtement constituée d’un second matériau, poussant ladite feuille de revêtement contre la paroi du moule.
La température du premier matériau fondu fait fondre au moins une partie superficielle du second matériau de la feuille de revêtement, causant la fusion du premier tout comme du second matériau.
Le second matériau pourra être un matériau polymère similaire au premier matériau polymère ou distinct de celui-ci, ou pourra être un adhésif activé par chaleur.
À l’ouverture du moule, on extrait le composant obtenu, qui aura la feuille de revêtement collée à la face principale du corps d’injection.
Pour faciliter le processus de fabrication, la feuille de revêtement pourra être temporairement collée à une bande qui traverse le moule avant et pendant le processus d’injection, se détachant de celle-ci à la fin du processus d’injection. Le déplacement de la bande permet de placer une nouvelle feuille de revêtement à l’intérieur du moule avant de répéter le procédé de fabrication.
Par conséquent, la feuille de revêtement avec le matériau fonctionnel électro-conducteur sera thermosoudée sur le corps d’injection pendant le processus d’injection à l’intérieur du moule d’injection.
Conformément à un mode de réalisation préféré de l’invention, le corps d’injection est transparent, la feuille de revêtement est transparente et le matériau fonctionnel électro-conducteur est également, au moins dans une partie de la feuille de revêtement, un matériau transparent. Cette application permettra au composant proposé de pouvoir être utilisé comme lunettes ou visière de protection oculaire, comme par exemple, des visières de casques, intégrant des capacités fonctionnelles actives dans ladite visière ou dans lesdites lunettes.
Selon un mode de réalisation, le matériau fonctionnel électro-conducteur pourra inclure, dans au moins une partie de la feuille de revêtement, un matériau semi-conducteur qui offre une résistance électrique sélectionnée pour dissiper sous forme de chaleur au moins la moitié de l’énergie électrique transmise à travers elle, offrant des capacités fonctionnelles de chauffage actif.
Lorsqu’on souhaite obtenir à la fois des capacités fonctionnelles de chauffage actif et un matériau fonctionnel électro-conducteur transparent, on propose que le matériau électro-conducteur soit un oxyde d’indium et d’étain.
Lorsque le composant multicouche est une visière de protection oculaire transparente, intégrée par exemple dans un casque, ou des lunettes, l’application dudit oxyde d’indium et d’étain comme une couche de revêtement qui couvre la majeure partie du composant multicouche transparent permet de désembuer ladite visière ou desdites lunettes, ou d’éviter qu’elle s’embue, dans des milieux froids moyennant l’application d’un courant électrique à travers elle.
Les capacités fonctionnelles de chauffage actif peuvent également être utiles dans des composants multicouche non transparents, par exemple, pour la décongélation dans des milieux froids, pour le chauffage d’interfaces qui doivent être manipulées par un utilisateur, comme par exemple, dans des volants, guidons, souris ou également pour des sièges ou bancs. On envisage également leur utilisation intégrée à des vêtements ou autres accessoires en contact avec le corps de l’utilisateur, idéalement une carcasse creuse rigide de protection de parties du corps comme par exemple, des bottes, des casques, des genouillères, etc.
On propose par ailleurs que la feuille de revêtement inclue en outre une couche de protection constituée d’un troisième matériau polymère, le matériau électro-conducteur étant protégé entre la couche de protection et le corps d’injection. Ladite couche de protection pourra en outre rendre régulière la surface de la feuille de revêtement, couvrant les irrégularités que pourrait occasionner la présence du circuit conducteur.
La surface de la couche de protection pourra éventuellement inclure des patrons imprimés.
Ledit au moins un circuit conducteur pourra être connecté, par exemple à l’au moins une diode électroluminescente intégrée à la feuille de revêtement, comme par exemple, une DEL (diode électroluminescente) ou une DELO (diode électroluminescente organique) imprimée sur la feuille de revêtement, et/ou pourra être connecté à un capteur intégré à la feuille de revêtement, comme par exemple un capteur de température, un capteur d’humidité, un capteur photo-lumineux, un capteur acoustique, un capteur de vibration, un capteur de pression.
On propose également que le matériau fonctionnel électro-conducteur puisse inclure, dans au moins une partie de la feuille de revêtement, un matériau photochrome, lequel peut former un ou plusieurs pixels d’un écran à cristaux liquides. Cette application pourra se combiner, par exemple, avec un composant multicouche transparent tel que celui décrit précédemment pour présenter des informations sur celui-ci ou même pour modifier la transparence de celui-ci au moyen dudit matériau photochrome.
Selon un autre mode de réalisation, ledit au moins un circuit pourra inclure au moins une antenne intégrée à la feuille de revêtement, par exemple définie par le propre circuit conducteur dans une configuration en spirale, permettant d’émettre ou de recevoir des signaux radio au moyen dudit composant multicouche.
On propose que le premier matériau polymère et/ou le second matériau polymère soient de préférence du PET, du polyester ou un mélange de ceux-ci.
On propose également que le matériau fonctionnel électro-conducteur puisse inclure, dans au moins une partie de la feuille de revêtement, du graphène qui est un matériau ayant des propriétés électroconductrices connues et qui offre en outre d’autres fonctionnalités, comme par exemple, une augmentation de la résistance à la rupture ou à l’abrasion. Ledit graphène pourra être mélangé avec le second matériau ou pourra être déposé au-dessus de celui-ci.
On comprendra que les références à des positions géométriques, comme par exemple parallèle, perpendiculaire, tangente, etc. admettent des déviations pouvant aller jusqu’à ± 5º par rapport à la position théorique définie par ladite nomenclature.
On comprendra également que n’importe quelle plage de valeurs offerte peut ne pas être optimale dans ses valeurs extrêmes et peut demander des adaptations de l’invention pour que lesdites valeurs extrêmes soient applicables, lesdites adaptations étant à la portée d’un homme du métier.
D’autres caractéristiques de l’invention apparaissent dans la description détaillée suivante d’un exemple de mode de réalisation.
Les avantages et caractéristiques antérieurs et d’autres avantages et caractéristiques seront mieux compris à partir de la description détaillée suivante d’un exemple de mode réalisation en référence aux dessins joints, qui doivent être considérés à titre illustratif et non limitatif, sur lesquels :
montre une vue éclatée d’un composant multicouche rectangulaire comme celui proposé, composé d’un corps d’injection en matériau polymère avec une face principale plane et lisse sur laquelle est thermosoudée une feuille de revêtement en matériau polymère sur laquelle se trouve un circuit conducteur défini par un matériau électro-conducteur imprimé sur ladite feuille de revêtement qui inclut une diode électroluminescente, tout ceci recouvert par une couche de protection ,
montre le composant multicouche représenté sur la figure 1 assemblé ;
montre un exemple de mise en œuvre du composant multicouche représenté sur les figures 1 et 2, ledit composant multicouche étant formé comme un casque qui intègre dans sa partie postérieure la diode électroluminescente pour améliorer la visibilité de l’utilisateur dudit casque ;
montre une vue éclatée et à plat d’un autre exemple de mode de réalisation du composant multicouche dans lequel il est utilisé comme visière de casque transparente et dans lequel le circuit conducteur inclut, dans la zone principale centrale de la visière, un matériau semi-conducteur transparent qui dissipe au moins la moitié de l’énergie électrique qui le traverse sous forme de chaleur.
Description détaillée d’un exemple de mode de réalisation
Les figures jointes montrent des exemples de mode de réalisation ayant un caractère illustratif non limitatif de la présente invention.
La figure 1 et la figure 2 montrent un composant multicouche formé d’un corps d’injection 10 constitué d’un premier matériau polymère et qui définit une face principale 11 plane et lisse. Le premier matériau polymère fond sans subir de dommages quand il est soumis à une température comprise à l’intérieur d’une première plage de températures, se solidifiant quand sa température est inférieure à ladite première plage de températures. Ceci permet au corps d’injection d’être fabriqué au moyen d’un processus d’injection à l’intérieur d’un moule.
Dans cet exemple, le corps d’injection 10 est une pièce rectangulaire d’une grosseur constante.
Au-dessus de la face principale 11 du corps d’injection 10, est soudée une feuille de revêtement 20 constituée d’un second matériau qui sera de préférence également polymère. Le second matériau sera sélectionné pour fondre sans subir de destruction à l’intérieur de ladite première plage de températures. Ceci permet d’introduire la feuille de revêtement 20 déjà formée à l’intérieur du moule d’injection avant de fabriquer le corps d’injection 10 dans ledit moule. Lors de l’injection du premier matériau fondu à l’intérieur du moule fermé, la feuille de revêtement entrera en contact avec le premier matériau fondu, se réchauffant et se thermosoudant avec celui-ci, et sera poussée contre une des parois du moule.
Dans le présent exemple de mode de réalisation, au-dessus de la feuille de revêtement 20, se trouve un circuit conducteur défini par un matériau électro-conducteur 21. Dans cet exemple, on propose que le circuit conducteur inclue des bornes de contact, symbolisées par deux circuits dans cet exemple, une diode électroluminescente 23 qui peut être par exemple un dispositif DELO imprimé sur la feuille de revêtement 20, et des chemins conducteurs également imprimés sur la feuille de revêtement 20 qui connectent les bornes de contact avec la diode électroluminescente 23, de manière que lors de la connexion des bornes de contact avec une source d’énergie électrique, telle qu’une batterie, la diode électroluminescente 23 émettra de la lumière.
Tous les composants intégrant le circuit conducteur décrit, constitués de différents matériaux électro-conducteurs 21, seront sélectionnés pour être stables lorsqu’ils seront chauffés à une température à l’intérieur de la première plage de températures, à savoir qu’ils ne subiront pas de quelconque endommagement et continueront de fonctionner comme circuit conducteur même s’ils sont chauffés jusqu’à une température à l’intérieur de la première plage de températures. Ceci permet que ledit circuit conducteur en matériau électro-conducteur 21 soit défini sur la feuille de revêtement 20 avant d’introduire ladite feuille de revêtement 20 dans le moule et avant de fabriquer le corps d’injection 10 à l’intérieur dudit moule de la manière décrite précédemment, sans que cela n’endommage le circuit conducteur.
Pour finir, et de manière optionnelle, on propose que le circuit conducteur imprimé sur la feuille de revêtement 20 soit recouvert par une couche de protection 22 constituée d’un troisième matériau polymère, qui restera également idéalement stable lorsqu’il sera chauffé à des températures à l’intérieur de la première plage de températures. Dans cet exemple, on propose que la couche de protection 22 laisse découvertes les bornes de contact et également la diode électroluminescente 23, même si cela ne serait pas nécessaire si la couche de protection 22 était en un matériau transparent ou translucide à la lumière.
La couche de protection 22 peut être imprimée avec des motifs décoratifs, de préférence d’une teinte également résistante aux températures de la première plage de températures.
Un exemple d’implantation de ce composant multicouche est représenté sur la figure 3, sur laquelle il a été utilisé pour fabriquer la calotte d’un casque qui intègre, sur sa partie postérieure, une diode électroluminescente 23 connectée à des conducteurs électriques.
Les bornes conductrices du circuit conducteur pourront être connectées au moyen d’une prise à une batterie externe au casque, ou une batterie qui alimente ladite diode électroluminescente 23 pourra intégrer le casque.
La figure 4 montre une vue éclatée d’un autre exemple de mode de réalisation dans lequel le composant multicouche est une visière de casque transparente. Dans ce cas, le corps d’injection 10 et la feuille de revêtement seront transparents et auront une grosseur homogène pour éviter les déformations.
Dans ce cas, le matériau électro-conducteur 21 qui couvre la partie centrale de la visière est une feuille de matériau semi-conducteur 24 constituée d’oxyde d’indium et d’étain qui est transparente et qui chauffe lorsqu’elle est traversée par l’électricité, permettant de désembuer la visière. Des circuits conducteurs canalisent l’électricité vers deux bornes de connexion situées autour des deux articulations opposées grâce auxquelles la visière est connectée au reste du casque.
La présente invention permet de nombreuses autres applications, incluant par exemple des capteurs ou antennes dans le circuit conducteur, rendant certaines ou toutes les couches du composant multicouche transparentes ou translucides, etc.
La présente invention permet donc d’intégrer, d’une manière simple et économique, des circuits électriques dans des corps d’injection au moyen d’une technique de décoration dans le moule ou d’étiquetage dans le moule.
On comprendra que les différentes parties qui constituent l’invention décrites dans un mode de réalisation peuvent être combinées librement avec les parties décrites dans d’autres modes de réalisation distincts bien que ladite combinaison n’ait pas été décrite de manière explicite, pour autant que la combinaison ne présente pas de préjudice.

Claims (17)

  1. Composant multicouche façonné avec des capacités fonctionnelles qui comprend :
    un corps d’injection (10) rigide constitué d’un premier matériau polymère qui comporte une face principale (11) et qui est fusible sans destruction à l’intérieur d’une première plage de températures de fusion ;
    une feuille de revêtement (20) ayant des capacités fonctionnelles et qui comprend, au moins dans une couche en contact avec la face principale (11) du corps d’injection (10), un second matériau fusible sans destruction à l’intérieur de la première plage de températures de fusion, ladite couche étant thermosoudée à la face principale (11) du corps d’injection (10) ;
    caractérisé en ce que
    la face principale (11) du corps d’injection (10) est lisse et plane ou lisse et avec des rayons de courbure supérieurs à 20 mm ;
    la feuille de revêtement (20) inclut en outre un matériau fonctionnel électro-conducteur (21) souple mélangé avec le second matériau polymère qui disposé sur celui-ci formant au moins un circuit conducteur en liaison avec une source d’énergie électrique, ledit matériau fonctionnel électro-conducteur (21) étant stable à l’intérieur de la première plage de températures de fusion ;
    de telle manière qu’un processus d’injection du corps d’injection (10) à l’intérieur d’un moule d’injection qui contient la feuille de revêtement (20) avec le matériau fonctionnel électro-conducteur (21) produise le thermo-soudage de la feuille de revêtement (20) sur le corps d’injection (10) sans destruction du circuit conducteur.
  2. Composant multicouche selon la revendication 1, dans lequel le corps d’injection (10) est transparent, la feuille de revêtement (20) est transparente et le matériau fonctionnel électro-conducteur (21) est, au moins dans une partie de la feuille de revêtement (20), un matériau transparent.
  3. Composant multicouche selon la revendication 1, dans lequel la feuille de revêtement (20) inclut en outre une couche de protection (22) constituée d’un troisième matériau polymère, le matériau électro-conducteur (21) étant protégé entre la couche de protection (22) et le corps d’injection (10).
  4. Composant multicouche selon la revendication 3, dans lequel la surface de la couche de protection (22) inclut des patrons imprimés.
  5. Composant multicouche selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le matériau fonctionnel électro-conducteur (21) inclut, dans au moins une partie de la feuille de revêtement (20), un matériau semi-conducteur (24) que offre une résistance électrique sélectionnée pour dissiper sous forme de chaleur au moins la moitié de l’énergie électrique transmise à travers elle, offrant des capacités fonctionnelles de chauffage actif.
  6. Composant multicouche selon la revendication 5, dans lequel le matériau électro-conducteur (21) est, dans au moins une partie de la feuille de revêtement (20), un oxyde d’indium et d’étain.
  7. Composant multicouche selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit au moins un circuit conducteur est connecté à au moins une diode électroluminescente (23) intégrée à la feuille de revêtement (20).
  8. Composant multicouche selon la revendication 7, dans lequel la diode électroluminescente (23) est une DEL ou une DELO.
  9. Composant multicouche selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit au moins un circuit conducteur est connecté à au moins un capteur intégré dans la feuille de revêtement (20).
  10. Composant multicouche selon la revendication 9, dans lequel le capteur est sélectionné parmi capteur de température, capteur d’humidité, capteur photolumineux, capteur acoustique, capteur de vibration, capteur de pression.
  11. Composant multicouche selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le matériau fonctionnel électro-conducteur (21) inclut, dans au moins une partie de la feuille de revêtement, un matériau photochrome.
  12. Composant multicouche selon la revendication 11, dans lequel le matériau photochrome forme un ou plusieurs pixels d’un écran à cristaux liquides.
  13. Composant multicouche selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le premier matériau polymère et/ou le second matériau est en PET, en polyester ou un mélange de ceux-ci.
  14. Composant multicouche selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le matériau fonctionnel électro-conducteur (21) inclut, dans au moins une partie de la feuille de revêtement (20), du graphène.
  15. Composant multicouche selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ledit au moins un circuit conducteur inclut au moins une antenne intégrée à la feuille de revêtement (20).
  16. Composant multicouche selon la revendication 2, dans lequel le composant multicouche fait partie de lunettes ou d’une visière de protection oculaire.
  17. Composant multicouche selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le composant multicouche est une carcasse creuse rigide de protection de parties du corps ou un casque.
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