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EP0425350A1 - Couches à anisotropie magnétique ou diélectrique, matériau composite stratifié comportant ces couches et leur procédé de fabrication - Google Patents

Couches à anisotropie magnétique ou diélectrique, matériau composite stratifié comportant ces couches et leur procédé de fabrication Download PDF

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Publication number
EP0425350A1
EP0425350A1 EP90402944A EP90402944A EP0425350A1 EP 0425350 A1 EP0425350 A1 EP 0425350A1 EP 90402944 A EP90402944 A EP 90402944A EP 90402944 A EP90402944 A EP 90402944A EP 0425350 A1 EP0425350 A1 EP 0425350A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fibers
magnetic
dielectric
layer
layers
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.)
Withdrawn
Application number
EP90402944A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Thierry Massard
Claude Barbalat
Jean Jacques Lefevre
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 EP0425350A1 publication Critical patent/EP0425350A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
    • H01Q15/24—Polarising devices; Polarisation filters 
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q17/00—Devices for absorbing waves radiated from an antenna; Combinations of such devices with active antenna elements or systems
    • H01Q17/005—Devices for absorbing waves radiated from an antenna; Combinations of such devices with active antenna elements or systems using woven or wound filaments; impregnated nets or clothes
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    • Y10T428/24—Structurally defined web or sheet [e.g., overall dimension, etc.]
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    • Y10T442/3146—Strand material is composed of two or more polymeric materials in physically distinct relationship [e.g., sheath-core, side-by-side, islands-in-sea, fibrils-in-matrix, etc.] or composed of physical blend of chemically different polymeric materials or a physical blend of a polymeric material and a filler material
    • Y10T442/3154—Sheath-core multicomponent strand material

Definitions

  • the subject of the present invention is layers with magnetic or dielectric anisotropy intended for the manufacture of a laminated composite material, having absorbent electromagnetic properties, as well as their manufacturing process.
  • this material can be used as a microwave absorber in a wide wavelength range. It can be used as coating material for an anechoic chamber (chamber without echo), as an electromagnetic filter or as electromagnetic shielding used in particular in the fields of telecommunications and computer science (shielding of complex circuits, computers, etc. .) but also in microwave ovens.
  • the material of the invention is intended to be placed inside the oven door.
  • Composite materials make it possible to obtain materials with magnetic permeability and electrical permittivity suitable for each type of application.
  • microwave absorption materials are in the form of thin layers, of thickness less than a few centimeters, made with dense materials such as ferrite or from the dispersion of these materials in an appropriate organic binder.
  • the invention relates to thin layers with magnetic or dielectric anisotropy intended for the manufacture of a new composite material absorbing electromagnetic waves.
  • the subject of the invention is a laminated composite material comprising at least two stacks of assembled layers, a first stack consisting of a layer of first dielectric fibers, oriented parallel to a first direction, and of a layer of first magnetic fibers, oriented parallel to a second direction perpendicular to the first direction, and a second stack consisting of a layer of second dielectric fibers, oriented parallel to the second direction, and a layer of second magnetic fibers, oriented parallel to the first direction.
  • This arrangement of magnetic and dielectric fibers makes it possible to obtain composite materials with suitable magnetic permeability and electrical permittivity, the values of which are equivalent to the arithmetic means of the values of the components of each layer, weighted by the thicknesses of these layers.
  • the first layer stack behaves like a polarizer and the assembly is therefore isotropic.
  • an electromagnetic wave in contact with this first stack can be strongly attenuated and the reflection of this wave can be zero if the impedance agreement is realized with the medium of propagation of the wave.
  • the second stack plays the role of a polarizer, this polarizer being crossed at 90 ° relative to the first polarizer.
  • the impedance agreement between the propagation medium and the composite material is also achievable if the medium located in contact with the composite material has a different impedance than that of the vacuum.
  • the electrical permittivity respectively of the first and second dielectric fibers is approximately equal to the magnetic permeability respectively of the first and second magnetic fibers and, on the other hand, the magnetic permeability respectively of the first and second dielectric fibers is approximately equal to the electrical permittivity first and second magnetic fibers respectively.
  • first and second dielectric fibers made of the same material although it is possible to use different materials for these first and second dielectric fibers.
  • the double condition above is a priori easier to achieve by the use of two different materials, one having a high electrical permittivity ⁇ 1 and a low magnetic permeability ⁇ 1, the other material having a low electrical permeability ⁇ 2 and a high magnetic permeability ⁇ 2.
  • the dielectric fibers consist of a polymeric sheath containing a dielectric charge.
  • the magnetic fibers consist of a polymeric sheath containing a magnetic charge.
  • thermoplastic polymers e.g., polystyrene foam
  • thermosetting polymers e.g., polystyrene foam
  • thermoplastic polymer used in the constitution of the sheath mention may be made of polyamides, polyesters, polyphenylenes, polypropylenes, polyethylenes, silicones, etc.
  • the dielectric and / or magnetic fibers can receive a structural reinforcement in order to improve their resistance. mechanical.
  • reinforcing means it is possible to use either powder, or fibers, or yarns of glass, carbon, polymer, etc.
  • the coating of magnetic or dielectric charge in a polymeric sheath is done by coextruding a thermoplastic polymer and the respectively dielectric or magnetic charge and, if necessary, the reinforcing means.
  • the magnetic and dielectric charges are in the form of powder with a particle size of 10 to 50 micrometers.
  • the function of the polymeric sheath is to maintain magnetic and dielectric charges, to allow these fibers to be transformed into a thin layer and to impart anisotropy to the properties of the charges.
  • the first hot pressing allows the manufacture of a continuous layer of fibers and the second pressing the welding of the polymer sheaths.
  • This two-stage hot pressing makes it possible to maintain the polymer sheaths around the load and thus to keep the magnetic or dielectric anisotropy of the layers, fixed by the orientation of the fibers constituting them.
  • the invention also relates to thin layers with magnetic or dielectric anisotropy obtained by this process, for the manufacture of the laminated composite material.
  • the laminated composite material of the invention consists of an alternation of anisotropic thin dielectric and magnetic layers, made integral either by bonding using an electrical insulating adhesive film of the epoxy or polyester adhesive type, or using an insulating frame.
  • the number of layers stacked depends on the intended application. In general, this number is a multiple of four.
  • the total thickness of the material can vary from 0.6 to 6 mm.
  • the composite material shown in FIGS. 1 and 2 comprises a first thin layer 2 of dielectric fibers 4 oriented parallel to the direction x of an orthonormal system xyz. This layer of dielectric fibers 2 is associated with a thin layer 6 of magnetic fibers 8, oriented parallel to the direction y.
  • the dielectric fibers 4 have a high electrical permittivity ⁇ 1 and a low magnetic permeability ⁇ 1.
  • the magnetic fibers 8 have a high magnetic permeability ⁇ 2 and a low electrical permittivity ⁇ 2.
  • This second assembly comprises a thin layer 10 of dielectric fibers 12 parallel to each other but perpendicular to the dielectric fibers 4.
  • the dielectric fibers 12 are parallel to the direction y.
  • layer 10 with dielectric anisotropy is arranged in contact with layer 8 with magnetic anisotropy.
  • dielectric fibers 12 are associated with a thin layer 14 of magnetic fibers 16 which are parallel to one another and in the direction x but perpendicular to the dielectric fibers 12 as well as to the magnetic fibers 8.
  • the dielectric fibers 12 are made of the same material as the dielectric fibers 4 and the magnetic fibers 16 are made of the same material as the magnetic fibers 8.
  • the stack of layers 10-14 constitutes a second polarizer crossed at 90 ° relative to the first polarizer 2-6.
  • Dielectric 4 or magnetic 6 fibers consist, as shown in FIG. 3, of a thin thermoplastic polymeric sheath 18 containing a pulverulent filler 20 respectively dielectric or magnetic, and reinforcing fibers 22.
  • the sheath 18 is polyamide 12 of 0.010 to 0.015 mm thick containing glass fibers 22 and a powder 20 of barium titanate or of a nickel and zinc ferrite depending on whether these fibers are dielectric or magnetic. These fibers have an outside diameter of 0.2 to 0.7 mm.
  • the filler is in the form of a powder having a particle size of 10 to 50 micrometers.
  • the dielectric or magnetic fibers described in FIG. 3 and forming part of the composition of the composite materials of the invention are produced by coextrusion of the polymer, the filler and the reinforcing fibers.
  • coextrusion process which can be used in the invention, mention may be made of that described in the engineering techniques 3240-1 to 4 "Flexible prepreg with thermoplastic matrix (FIT)" by Ganga and Bourdon. This coextrusion allows fiber production, reproducible and adaptable to the different load characteristics taking into account their particular flowability condition.
  • the fibers produced are then shaped by contiguous winding on one or two thicknesses on flat mandrels.
  • the plates obtained are then cold compacted under a pressure of 200 MPa in hydrostatic pressure tanks. Finally, the material is transformed in a press with heating plates.
  • This last hot pressing step is carried out by plastic deformation of the polymer sheaths followed by a pressureless melting of the latter.
  • the plastic transformation is an irreversible transformation carried out at constant pressure in the temperature zone of the pseudo rubbery plateau of the polymer constituting the sheath of the fibers.
  • the thin layers of fibers obtained have a thickness of 0.2 to 0.5 mm depending on the initial diameter of the fibers and the number of layers wound on the mandrels.
  • FIG 4 there is shown the last step of transforming the fibers into a thin layer for polyamide sheaths.
  • This diagram gives the pressure and temperature variations expressed respectively in MPa and in ° C as a function of the time expressed in minutes.
  • Zone A corresponds to a temperature rise from 0 to 100 ° C under a pressure of 20 MPa.
  • Zone B corresponds to the plastic deformation zone of the sheath of the fibers at 120 ° C. under a pressure of 20 MPa. This step allows the formation of a continuous layer while retaining its magnetic or dielectric anisotropy.
  • Zone C corresponds to a temperature recovery from 100 to 160 ° C under a reduced pressure of 0.2 MPa.
  • Zone D corresponds to a second level at a reduced pressure temperature of 0.2 MPa from 160 to 180 ° C. This step causes the polymer to melt and ensures the adhesion of the polymer sheaths of the layer.
  • Zone E represents pressureless cooling to limit the creep of the material
  • step F represents demolding at 120 ° C.
  • the layers of dielectric and magnetic materials produced as described above are then stacked and then assembled to produce absorbent electromagnetic shielding screens, as described in FIGS. 1 and 2.
  • This method of making diapers magnetic or dielectric anisotropy can be used for the production of other materials than that described in FIGS. 1 and 2. In particular, it can be used for the production of essentially magnetic or essentially dielectric shielding.
  • the curve shown in Figure 5 gives the Er / Ei ratio as a function of the frequency of the incident electromagnetic wave.
  • Ei and Er represent the energy of the electromagnetic wave to be absorbed respectively incident and reflected by the material of the invention and the frequencies are expressed in logarithmic form.
  • the curve of Figure 5 was obtained for a composite material consisting of 4 orthotropic layers, that is to say as shown in Figure 1, the dielectric charge being barium titanate and the magnetic charge a nickel ferrite and zinc.
  • the composite material has a maximum absorption efficiency value of 18 db at 1000 MHz and an efficiency of 16.5 db between 10 and 800 MHz.
  • the materials of the invention are therefore capable of absorbing electromagnetic disturbances over extended bandwidths with sufficient efficiency to attenuate 90 to 99% of the incident wave.

Landscapes

  • Laminated Bodies (AREA)
  • Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)

Abstract

Couches à anisotropie magnétique ou diélectrique, matériau composite stratifié comportant ces couches et leur procédé de fabrication. Le matériau stratifié comporte au moins deux empilements de couches assemblés, un premier empilement constitué d'une couche (2) de premières fibres diélectriques (4), orientées parallèlement à une première direction (x), et d'une couche (6) de premières fibres magnétiques (8), orientées parallèlement à une seconde direction (y) perpendiculaire à la première direction (x), et un second empilement constitué d'une couche (10) de secondes fibres diélectriques (12), orientées parallèlement à la seconde direction (y), et d'une couche (14) de secondes fibres magnétiques, orientées parallèlement à la première direction (x). Chaque fibre est constituée d'une gaine polymérique thermoplastique renfermant une charge pulvérulente magnétique ou diélectrique.

Description

  • La présente invention a pour objet des couches à anisotropie magnétique ou diélectrique destinées à la fabrication d'un matériau composite stratifié, ayant des propriétés électromagnétiques absorbantes, ainsi que leur procédé de fabrication.
  • En particulier, ce matériau est utilisable comme absorbeur des micro-ondes dans un grand domaine de longueur d'onde. Il peut être utilisé comme matériau de revêtement d'une chambre anéchoïque (chambre sans écho), comme filtre électromagnétique ou comme blindage électromagnétique utilisé notamment dans les domaines des télécommunications et de l'informatique (blindage de circuits complexes, d'ordinateurs,...) mais aussi dans les fours à micro-ondes.
  • Dans l'application aux fours à micro-ondes, le matériau de l'invention est destiné à être placé à l'intérieur de la porte du four.
  • Les matériaux composites permettent d'obtenir des matériaux à perméabilité magnétique et à permittivité électrique adaptées pour chaque type d'application.
  • Les matériaux absorbant les micro-ondes actuellement connus se présentent sous forme de couches minces, d'épaisseur inférieure à quelques centimètres, réalisées avec des matériaux denses tels que la ferrite ou à partir de la dispersion de ces matériaux dans un liant organique approprié.
  • L'invention a pour objet des couches minces à anisotropie magnétique ou diélectrique destinées à la fabrication d'un nouveau matériau composite absorbant les ondes électromagnétiques.
  • De façon plus précise, l'invention a pour objet un matériau composite stratifié comportant au moins deux empilements de couches assemblés, un premier empilement constitué d'une couche de premières fibres diélectriques, orientées parallèlement à une première direction, et d'une couche de premières fibres magnétiques, orientées parallèlement à une seconde direction perpendiculaire à la première direction, et un second empilement constitué d'une couche de secondes fibres diélectriques, orientées parallèlement à la seconde direction, et d'une couche de secondes fibres magnétiques, orientées parallèlement à la première direction.
  • L'alternance des couches à propriétés magnétique et diélectrique d'une part et l'alternance de la direction d'anisotropie magnétique et diélectrique d'autre part, due au changement de direction des fibres d'une couche à l'autre, permettent de rétablir pour le matériau composite une isotropie de comportement électromagnétique.
  • Cet agencement de fibres magnétiques et diélectriques permet d'obtenir des matériaux composites à perméabilité magnétique et à permittivité électrique adaptées dont les valeurs sont équivalentes aux moyennes arithmétiques des valeurs des composants de chaque couche, pondérées par les épaisseurs de ces couches.
  • Dans une telle configuration, le premier empilement de couche se comporte comme un polariseur et l'ensemble est par conséquent isotrope. Ainsi, une onde électromagnétique au contact de ce premier empilement peut être fortement atténuée et la réflexion de cette onde peut être nulle si l'accord d'impédance est réalisé avec le milieu de propagation de l'onde.
  • De même, le second empilement joue le rôle d'un polariseur, ce polariseur étant croisé à 90° par rapport au premier polariseur.
  • En jouant sur les valeurs de la permittivité électrique et de la perméabilité magnétique de chaque couche de fibres, il est possible d'obtenir cet accord en impédance avec le milieu de propagation ainsi qu'une forte absorption de cette onde.
  • Pour ce faire, on utilise des matériaux magnétiques et des matériaux diélectriques présentant globalement la relation ε=µ , c'est-à-dire présentant une impédance égale à celle du vide.
  • En outre, l'accord d'impédance entre le milieu de propagation et le matériau composite est réalisable aussi si le milieu situé au contact du matériau composite a une impédance différente de celle du vide.
  • Ainsi, la permittivité électrique respectivement des premières et secondes fibres diélectriques est approximativement égale à la perméabilité magnétique respectivement des premières et secondes fibres magnétiques et, d'autre part, la perméabilité magnétique respectivement des premières et secondes fibres diélectriques est approximativement égale à la permittivité électrique respectivement des premières et secondes fibres magnétiques.
  • Pour simplifier la fabrication du matériau composite, on utilise de préférence des premières et secondes fibres diélectriques réalisées en un même matériau bien qu'il soit possible d'utiliser des matériaux différents pour ces premières et secondes fibres diélectriques.
  • De même, on préfère utiliser le même matériau magnétique pour constituer les différentes couches magnétiques, bien qu'il soit possible d'utiliser des matériaux différents d'une couche à l'autre.
  • La double condition ci-dessus est a priori plus facile à réaliser par l'emploi de deux matériaux différents, l'un ayant une permittivité électrique élevée ε1 et une perméabilité magnétique µ1 faible, l'autre matériau ayant une permettivité électrique faible ε2 et une perméabilité magnétique élevée µ2.
  • La présence dans les équations de ε et µ de parties imaginaires élevée et égale permet d'obtenir une absorption importante des ondes.
  • Comme couple de matériau satisfaisant à l'équation globale ε= µ , on peut citer les ferrites magnétiques et les céramiques diélectriques comme les titanates et en particulier le couple ferrite de nickel et de zinc/titanate de baryum. On peut aussi utiliser le couple SiO₂-CoxNbyZrz (avec x allant de 80 à 95 et y+z valant 100-x) ou le couple FeNiCo-SiO₂.
  • De façon avantageuse les fibres diélectriques sont constituées d'une gaine polymérique renfermant une charge diélectrique. De même, les fibres magnétiques sont constituées d'une gaine polymérique renfermant une charge magnétique.
  • Suivant le procédé mis en oeuvre pour la fabrication des fibres, on peut utiliser soit des polymères thermoplastiques, soit des polymères thermodurcissables. De préférence, on utilise des polymères thermoplastiques.
  • Comme polymère thermoplastique entrant dans la constitution de la gaine, on peut citer les polyamides, les polyesters, les polyphénylènes, les polypropylènes, les polyéthylènes, les silicones, etc.
  • Suivant les applications envisagées, les fibres diélectriques et/ou magnétiques peuvent recevoir un renfort structural en vue d'améliorer leur tenue mécanique.
  • Comme moyen de renfort, on peut utiliser soit de la poudre, soit des fibres, soit des fils de verre, de carbone, de polymère, etc...
  • L'invention a aussi pour objet un procédé de fabrication d'un matériau composite stratifié tel que décrit précédemment. Ce procédé comprend essentiellement les étapes suivantes :
    • a) - former au moins une couche de premières fibres diélectriques parallèles,
    • b) - former au moins une couche de premières fibres magnétiques parallèles,
    • c) - faire au moins un premier empilement des couches de premières fibres diélectriques et des premières fibres magnétiques de sorte que les premières fibres diélectriques et les premières fibres magnétiques soient perpendiculaires,
    • d) - former au moins une couche de secondes fibres diélectriques parallèles,
    • e) - former au moins une couche de secondes fibres magnétiques parallèles,
    • f) - faire au moins un second empilement des couches de secondes fibres diélectriques et de secondes fibres magnétiques de sorte que les secondes fibres diélectriques et les secondes fibres magnétiques soient perpendiculaires,
    • g) assembler le premier et second empilements de sorte que les premières et secondes fibres respectivement diélectriques et magnétiques soient perpendiculaires.
  • De préférence, l'enrobage de charge magnétique ou diélectrique dans une gaine polymérique se fait en coextrudant un polymère thermoplastique et la charge respectivement diélectrique ou magnétique et, si nécessaire, les moyens de renfort. En particulier les charges magnétiques et diélectriques se présentent sous la forme de poudre de 10 à 50 micromètres de granulométrie.
  • La gaine polymérique a pour fonction d'assurer le maintien des charges magnétiques et diélectriques, de permettre la transformation de ces fibres en couche mince et de conférer une anisotropie des propriétés des charges.
  • L'invention a encore pour objet un procédé de fabrication d'une couche à anisotropie magnétique ou diélectrique, comportant les étapes suivantes :
    • a) - enrobage d'une charge magnétique ou diélectrique dans une gaine en polymère thermoplastique pour former des fibres,
    • b) - bobinage des fibres sur un support plan,
    • c) - compactage à froid du bobinage obtenu en b) pour former une couche de fibres,
    • d) - premier pressage à chaud de la couche obtenue en c) dans la zone de température du pseudo­plateau caoutchoutique du polymère, puis
    • e) - deuxième pressage à chaud de la couche obtenue en d) à une température entraînant la fusion du polymère.
  • Le premier pressage à chaud permet la fabrication d'une couche continue de fibres et le second pressage le soudage des gaines polymériques. Ce pressage à chaud en deux étapes permet de maintenir les gaines de polymère autour de la charge et de garder ainsi l'anisotropie magnétique ou diélectrique des couches, fixée par l'orientation des fibres les constituant.
  • L'invention a encore pour objet des couches minces à anisotropie magnétique ou diélectrique obtenues par ce procédé, pour la fabrication du matériau composite stratifié.
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins dans lesquels :
    • - la figure 1 représente schématiquement en perspective un matériau composite conforme à l'invention,
    • - la figure 2 illustre le principe d'absorption des micro-ondes par le matériau conforme à l'invention,
    • - la figure 3 représente schématiquement en coupe une fibre magnétique ou diélectrique utilisée dans le matériau conforme à l'invention,
    • - la figure 4 donne le cycle théorique pression/température en fonction du temps utilisé pour la fabrication du matériau composite conforme à l'invention, et
    • - la figure 5 donne les valeurs d'efficacité d'absorption d'un matériau conforme à l'invention en fonction de la fréquence de l'onde incidente.
  • Le matériau composite stratifié de l'invention est constitué d'une alternance de couches minces diélectriques et magnétiques anisotropes, rendues solidaires soit par collage à l'aide d'un film adhésif isolant électrique du type colle époxy ou polyester, soit à l'aide d'un cadre isolant. Le nombre de couches empilées dépend de l'application envisagée. En général, ce nombre est un multiple de quatre. L'épaisseur totale du matériau peut varier de 0,6 à 6 mm.
  • Le matériau composite représenté sur les figures 1 et 2 comporte une première couche mince 2 de fibres diélectriques 4 orientée parallèlement à la direction x d'un système orthonormé xyz. A cette couche de fibres diélectriques 2 on associe une couche mince 6 de fibres magnétiques 8, orientée parallèlement à la direction y.
  • Sur la figure 1, les fibres des différentes couches sont représentées non jointives de façon à mieux voir la structure du matériau, bien que, dans la pratique ces fibres soient jointives. En outre, ces couches sont disposées au contact les unes des autres.
  • Les fibres diélectriques 4 présentent une permittivité électrique ε1 élevée et une perméabilité magnétique µ1 faible. Parallèlement, les fibres magnétiques 8 présentent une perméabilité magnétique élevée µ2 et une permittivité électrique faible ε2.
  • L'ajustement µ2= ε1 et µ1= ε2 des fibres 8 et 4 permet de réaliser un matériau composite, vérifiant globalement l'équation ε =µ, c'est-à-dire présentant une impédance égale à celle du vide.
  • On rappelle que ε et µ satisfont aux équations
    • (1) ε= ε′ + j ε˝ et
    • (2) µ= µ′ + j µ˝.
  • La présence dans ε ét µ de partie imaginaire élevée et égale permet d'obtenir une absorption importante d'une onde électromagnétique 11 frappant l'empilement de couches 2-6.
  • Tout calcul fait, on obtient un facteur de propagation a1 élevé dans la direction x correspondant à ε˝ et µ˝ élevés et un facteur de propagation a2 faible dans la direction perpendiculaire y, satisfaisant aux équations suivantes :
    a1 = jw √ε1. µ2
    a2 = jw √ε2. µ1
  • Dans ces conditions, une onde électromagné­tique 11 frappant la couche 2 puis se propageant dans l'empilement de couches 2-6 est polarisée et les composantes E1 et B2 des champs électrique et magnétique de cette onde, respectivement parallèles à x et y, sont fortement atténuées. L'empilement 2-6 joue le rôle d'un polariseur.
  • Pour atténuer l'autre couple des composantes E2 et B1 de l'onde incidente 11, respectivement parallèles à y et x, dans le matériau composite, il suffit d'ajouter un second ensemble de fibres.
  • Ce second ensemble comprend une couche mince 10 de fibres diélectriques 12 parallèles entre elles mais perpendiculaires aux fibres diélectriques 4. Autrement dit, les fibres diélectriques 12 sont parallèles à la direction y. De plus, la couche 10 à anisotropie diélectrique est disposée au contact de la couche 8 à anisotropie magnétique.
  • A ces fibres diélectriques 12 on associe une couche mince 14 de fibres magnétiques 16 parallèles entre elles et à la direction x mais perpendiculaires aux fibres diélectriques 12 ainsi qu'aux fibres magnétiques 8.
  • Les matériaux constituant les fibres 12 et 16 satisfont aussi à la relation globale ε=µ. Les fibres diélectriques 12 sont réalisées dans le même matériau que les fibres diélectriques 4 et les fibres magnétiques 16 sont réalisées dans le même matériau que les fibres magnétiques 8.
  • L'empilement de couches 10-14 constitue un second polariseur croisé à 90° par rapport au premier polariseur 2-6.
  • Des fibres diélectriques 4 ou magnétiques 6 sont constituées, comme représenté sur la figure 3, d'une gaine polymérique 18 mince thermoplastique renfermant une charge pulvérulente 20 respectivement diélectrique ou magnétique, et des fibres de renfort 22.
  • En particulier, la gaine 18 est du polyamide 12 de 0,010 à 0,015 mm d'épaisseur renfermant des fibres 22 de verre et une poudre 20 de titanate de baryum ou d'une ferrite de nickel et de zinc suivant que ces fibres sont diélectriques ou magnétiques. Ces fibres ont un diamètre extérieur de 0,2 à 0,7 mm.
  • Ces fibres présentent des taux massiques de charge supérieurs à 50% et en particulier à 95% et des taux volumiques de chargement de l'ordre de 60%. La charge se présente sous la forme d'une poudre ayant une granulométrie de 10 à 50 micromètres.
  • On décrit ci-après la réalisation de chaque couche de fibres diélectriques ou magnétiques.
  • Les fibres diélectriques ou magnétiques décrites sur la figure 3 et entrant dans la constitution des matériaux composites de l'invention sont réalisées par coextrusion du polymère, de la charge et des fibres de renfort. Comme procédé connu de coextrusion utilisable dans l'invention, on peut citer celui décrit dans les techniques de l'ingénieur 3240-1 à 4 "Préimprégné souple à matrice thermoplastique (FIT)" de Ganga et Bourdon. Cette coextrusion permet des productions de fibres, reproductibles et adaptables aux différentes caractéristiques de charge en prenant en compte leur condition particulière de coulabilité.
  • Les fibres produites sont ensuite mises en forme par bobinage jointif sur une ou deux épaisseurs sur des mandrins plans. Les plaques obtenues sont alors compactées à froid sous une pression de 200 MPa dans des cuves à pression hydrostatique. Enfin, le matériau est transformé sous presse à plateaux chauffants.
  • Cette dernière étape de pressage à chaud se fait par déformation plastique des gaines polymériques suivie d'une fusion sans pression de ces dernières. La transformation plastique est une transformation irréversible effectuée à pression constante dans la zone de température du pseudo plateau caoutchoutique du polymère constituant la gaine des fibres.
  • Les couches minces de fibres obtenues ont une épaisseur de 0,2 à 0,5 mm suivant le diamètre initial des fibres et le nombre de couches bobinées sur les mandrins.
  • Sur la figure 4, on a représenté la dernière étape de transformation des fibres en couche mince pour des gaines en polyamide. Ce diagramme donne les variations de pression et de température exprimées respectivement en MPa et en °C en fonction du temps exprimé en minute.
  • La zone A correspond à une montée en température de 0 à 100°C sous une pression de 20 MPa.
  • La zone B correspond à la zone de déformation plastique de la gaine des fibres à 120°C sous une pression de 20 MPa. Cette étape permet la formation d'une couche continue tout en lui conservant son anisotropie magnétique ou diélectrique.
  • La zone C correspond à une reprise de température de 100 à 160°C sous une pression réduite de 0,2 MPa.
  • La zone D correspond à un deuxième palier en température à pression réduite de 0,2 MPa de 160 à 180°C. Cette étape provoque la fusion du polymère et assure l'adhérence des gaines polymériques de la couche.
  • La zone E représente un refroidissement sans pression pour limiter le fluage du matériau, et l'étape F représente un démoulage à 120°C.
  • Les couches de matériaux diélectriques et magnétiques réalisées comme décrit ci-dessus, sont ensuite empilées puis assemblées pour réaliser des écrans de blindage électromagnétique absorbants, comme décrit sur les figures 1 et 2.
  • Ce procédé de fabrication de couches à anisotropie magnétique ou diélectrique peut être utilisé pour la réalisation d'autres matériaux que celui décrit aux figures 1 et 2. En particulier, il peut servir pour la réalisation de blindage essentiellement magnétique ou essentiellement diélectrique.
  • La courbe représentée sur la figure 5 donne le rapport Er/Ei en fonction de la fréquence de l'onde électromagnétique incidente. Ei et Er représentent l'énergie de l'onde électromagnétique à absorber respectivement incidente et réfléchie par le matériau de l'invention et les fréquences sont exprimées sous forme logarithmique.
  • La courbe de la figure 5 a été obtenue pour un matériau composite constitué de 4 couches orthotropes, c'est-à-dire tel que représenté sur la figure 1, la charge diélectrique étant du titanate de baryum et la charge magnétique une ferrite de nickel et de zinc.
  • De cette courbe, il ressort que le matériau composite présente une valeur d'efficacité d'absorption maximum de 18 db à 1000 MHz et une efficacité de 16,5 db entre 10 et 800 MHz.
  • Les matériaux de l'invention sont donc capables de résorber les nuisances électromagnétiques sur des largeurs de bande étandues avec une efficacité suffisante pour atténuer 90 à 99% de l'onde incidente.

Claims (18)

1. Couche mince à anisotropie magnétique ou diélectrique, caractérisée en ce qu'elle est constituée de fibres jointives (4, 6) compactées à chaud, parallèles à une direction donnée (x, y) et constituées d'une gaine en polymère thermoplastique renfermant une charge pulvérulente magnétique ou diélectrique, la cohésion des fibres de la couche résultant d'une fusion du polymère.
2. Couche mince selon la revendication 1, caractérisée en ce que la gaine polymérique (18) est en polyamide.
3. Couche mince selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la charge diélectrique est une poudre de titanate de baryum.
4. Couche mince selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la charge magnétique est une poudre de ferrite de nickel et de zinc.
5. Couche mince selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la gaine (18) renferme en outre des moyens de renfort (22).
6. Couche mince selon la revendication 5, caractérisée en ce que les moyens de renfort (22) se présentent sous forme de fibres.
7. Procédé de fabrication d'une couche mince à anisotropie magnétique ou diélectrique, comportant les étapes suivantes :
a) - enrobage d'une charge (20) magnétique ou diélectrique dans une gaine en polymère thermoplastique (18) pour former des fibres (4, 6),
b) - bobinage des fibres sur un support plan,
c) - compactage à froid du bobinage obtenu en b) pour former une couche de fibres,
d) - premier pressage à chaud (B) de la couche obtenue en c) dans la zone de température du pseudo­plateau caoutchoutique du polymère, puis
e) - deuxième pressage à chaud (D) de la couche obtenue en d) à une température entraînant la fusion du polymère.
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'étape a) d'enrobage se fait par coextrusion.
9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que l'on enrobe, en outre, dans la gaine en polymère, des moyens de renfort au cours de l'étape a).
10. Matériau composite stratifié comportant au moins deux empilements de couches assemblés, un premier empilement constitué d'une couche (2) de premières fibres diélectriques (4), orientées parallèlement à une première direction (x), et d'une couche (6) de premières fibres magnétiques (8), orientées parallèlement à une seconde direction (y) perpendiculaire à la première direction (x), et un second empilement constitué d'une couche (10) de secondes fibres diélectriques (12), orientées parallèlement à la seconde direction (y), et d'une couche (14) de secondes fibres magnétiques, orientées parallèlement à la première direction (x).
11. Matériau composite selon la revendication 10, caractérisé en ce que la permittivité électrique respectivement des premières et secondes fibres diélectriques (4, 12) est approximativement égale à la perméabilité magnétique respectivement des premières et secondes fibres magnétiques (8, 16) et en ce que la perméabilité magnétique respectivement des premières et secondes fibres diélectriques (4, 12) est approximativement égale à la permittivité électrique respectivement des premières et secondes fibres magnétiques (8, 16).
12. Matériau composite selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce que les fibres diélectriques sont constituées d'une gaine polymérique (18) renfermant une charge diélectrique (20) et éventuellement des moyens de renfort (22).
13. Matériau composite selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, caractérisé en ce que les fibres magnétiques sont constituées d'une gaine polymérique (18) renfermant une charge magnétique (20) et éventuellement des moyens de renfort (22).
14. Matériau composite selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, caractérisé en ce que les fibres diélectriques sont en titanate de baryum et les fibres magnétiques en ferrite de nickel et de zinc.
15. Procédé de fabrication d'un matériau composite stratifié consistant à :
a) - former au moins une couche (2) de premières fibres diélectriques (4) parallèles,
b) - former au moins une couche (6) de premières fibres magnétiques (8) parallèles,
c) - faire au moins un premier empilement des couches de premières fibres diélectriques et des premières fibres magnétiques de sorte que les premières fibres diélectriques et les premières fibres magnétiques soient perpendiculaires,
d) - former au moins une couche (10) de secondes fibres diélectriques (12) parallèles,
e) - former au moins une couche (14) de secondes fibres magnétiques (16) parallèles,
f) - faire au moins un second empilement des couches de secondes fibres diélectriques et de secondes fibres magnétiques de sorte que les secondes fibres diélectriques et les secondes fibres magnétiques soient perpendiculaires,
g) assembler le premier et second empilements de sorte que les premières et secondes fibres respectivement diélectriques et magnétiques soient perpendiculaires.
16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que les fibres diélectriques et les fibres magnétiques sont formées en coextrudant un polymère thermoplastique et une charge respectivement diélectrique et magnétique avec éventuellement des moyens de renfort.
17. Procédé selon la revendication 15 ou 16, caractérisé en ce que les couches de fibres sont formées par bobinage sur un support plan, compactage à froid du bobinage puis pressage à chaud.
18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que le pressage à chaud comporte une étape de déformation plastique du polymère puis de fusion dudit polymère.
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