Décharge électrostatique

Figure 4.43. Résistivité volumique d’un composite d’alcool polyvinylique contenant un mélange de charge graphite/noir de carbone à 6 % en poids ayant différentes teneurs en graphite. Résistivité mesurée à 22°C et 37% d’humidité relative.

Copyright © 2017

Les charges de silice fumée et précipitée revêtues de polyaniline ont été utilisées dans leurs composites avec du caoutchouc nitrile pour une application dans les matériaux de décharge électrostatique122. Le PANI n’améliore pas la résistance mécanique de la matrice polymère mais il adhère à la silice qui est utilisée comme charge dans la matrice polymère, ce qui entraîne une certaine amélioration des propriétés mécaniques122. L’enrobage de PANI sur de l’argile, de la silice, des silicates, du noir de carbone, du polyméthacrylate de méthyle convient à la production de charges conductrices qui constituent une alternative plus légère aux poudres métalliques fréquemment utilisées dans les matériaux à décharge électrique122. La valeur maximale de la conductivité en courant continu a été atteinte pour un rapport silice/PANI de 1:2.122 Les composites polymères conducteurs doivent contenir une charge conductrice dispersée de telle sorte que certains réseaux conducteurs continus se forment par agrégation de particules de charge conductrice dans une matrice isolante.122 Ce réseau conducteur ne peut se former qu’au-delà de la concentration critique (limite de percolation) de la charge.122 Le seuil de percolation dépend des caractéristiques de la charge telles que la taille, la surface et les groupes, et la structure de l’agrégat, ainsi que des caractéristiques du polymère de la matrice, notamment la viscosité et la présence de groupes polaires.122 Si l’on compare l’effet de la silice fumée et de la silice précipitée sur les performances, la silice fumée a une taille de particule plus petite et une surface plus grande et elle nécessite un revêtement PANI plus important.122 Les groupes acides sont présents sur les particules de silice fumée et les groupes basiques sur la silice précipitée.122 La silice fumée acide provoque un dopage partiel du PANI déposé sur leur surface, ce qui entraîne une conductivité plus élevée et une structure agglomérée.122 Cela confère une conductivité plus élevée à ses composites NBR par rapport à celle de la silice précipitée revêtue de PANI.122

Les composites polymères contenant des charges conductrices ou semi-conductrices conçus pour les décharges électrostatiques doivent avoir une caractéristique de tension non linéaire, qui se comporte comme un isolant (diélectrique) pendant le fonctionnement normal du circuit et devient conductrice lorsque la tension dépasse un seuil prédéfini123. Le matériau redevient un isolant lorsque la tension redescend en dessous du seuil de fonctionnement normal.123 Le rapport d’aspect élevé des nanotubes de carbone permet la formation de voies conductrices d’électricité dans la matrice polymère à une très faible concentration de percolation avec des caractéristiques de tension non linéaires.123 Lorsque la tension appliquée est faible, le composite présente un comportement ohmique.123 Mais lorsque la tension appliquée augmente, le composite présente un comportement non linéaire.123 La concentration d’électrons sautant de la bande de conduction du nanotube de carbone à la matrice époxy est rapidement augmentée avec la tension.123 L’effet de saut et l’effet tunnel étaient les principales causes des fortes caractéristiques de tension non linéaire dans les composites sous les tensions appliquées accrues.123

Un protecteur de décharge électrostatique a été conçu pour les cartes de circuits imprimés et autres dispositifs électroniques.124. La composition destinée à remplir un espace de décharge comprend une poudre métallique (au moins une partie de la surface du métal est revêtue d’un film constitué d’un produit d’hydrolyse d’un alcoxyde métallique), une poudre d’aluminium et un composant liant (polyuréthane thermodurcissable).124 Le tantale ou le hafnium, le silicium sont des poudres métalliques préférées.124

Les matériaux d’emballage électronique dissipateurs électrostatiques sont basés sur les mousses de polyuréthane décorées de nanocharges électriquement conductrices.125 Les mousses sont recouvertes d’un revêtement polymère contenant une charge de 0,003 à 2,97 % en volume de matériaux électriquement conducteurs (par exemple, un polymère conducteur, des nanotubes de carbone fonctionnalisés, des analogues du graphène, etc.) sur la surface autrement électriquement isolante de la mousse125. Ces mousses sont également utiles pour les filtres à poussière antistatiques, les vêtements de salle blanche/médicaux, les chaussures antistatiques, les articles d’ameublement dissipateurs d’électricité statique, les revêtements de sol/carreaux antistatiques/dissipatifs, etc.125

Dans l’environnement industriel, la décharge électrostatique crée un danger important. Elle est responsable d’incendies et d’explosions dus à l’inflammation de la poussière et de la vapeur.126 Les sols en béton ou en ciment ont des propriétés antistatiques inhérentes mais ils n’ont pas de propriétés décoratives.126 Les revêtements de sol en résine sont esthétiquement désirables, faciles à nettoyer et à décontaminer.126 Ils ont également une résistance thermique, mécanique et chimique et sont donc largement appliqués dans l’environnement industriel mais sous une forme non modifiée, ils n’offrent pas de propriétés antistatiques.126 Une composition de revêtement de sol appropriée peut être obtenue à partir d’un mélange d’une (grande variété de) résines durcissables et de fibres de carbone et d’acier inoxydable (0,3 % en poids).126 Les fibres d’acier inoxydable ont une longueur de 3 à 6 mm et ont un diamètre de 6 à 8 μm126. Le mélange contient également jusqu’à 40 % en poids d’une charge minérale telle que la silice, le sulfate de baryum ou le carbonate de calcium.126

La charge statique est créée lorsque deux isolants se frottent l’un contre l’autre puis se séparent.127 L’un des isolants gagne des électrons, tandis que l’autre en perd. Une charge (statique) déséquilibrée est ainsi créée.127 Cette charge statique peut ensuite se décharger d’une surface à l’autre, soit lorsque les deux surfaces se touchent, soit lorsque la capacité d’isolation du milieu séparant les deux surfaces (par exemple, l’air) est dépassée.127 Ce mouvement de charge statique est appelé décharge électrostatique.127 Un événement ESD d’à peine 5 V endommage les équipements téléphoniques, les cartes de circuits imprimés, les ordinateurs en réseau, les appareils médicaux, etc.127 De plus, l’ESD peut atteindre un seuil d’environ 3 000 à 3 500 V et devenir dangereux pour les humains. Les compositions adhésives conductrices à base d’eau comprennent un adhésif à base d’eau et du noir de carbone, du graphite ou leurs combinaisons.127 Les compositions adhésives à base d’eau sont efficaces pour empêcher l’accumulation de charges statiques et pour réduire les décharges électrostatiques.127 Les compositions adhésives à base d’eau peuvent être mélangées avec des propulseurs et appliquées sur des substrats à l’aide d’un système de distribution en aérosol.127 Les compositions adhésives à base aqueuse peuvent facilement être collées sur n’importe quel substrat comme, par exemple, les sols, les murs, les plafonds et autres.127 L’adhésif à base aqueuse comprend une émulsion acrylique, une émulsion de copolymère acrylique, une émulsion de SBR carboxylé ou une émulsion de copolymère styrène acrylique.127

Les conducteurs élastomères déformables comprennent une matrice polymère élastomère et un matériau de remplissage conducteur uniformément dispersé dans la matrice polymère élastomère pour rendre le matériau électriquement conducteur.128. Le matériau de remplissage conducteur peut comprendre des particules non enchevêtrées ayant un rapport d’aspect suffisamment grand pour permettre aux particules de rester en contact et/ou à proximité immédiate des particules adjacentes de manière à maintenir des voies conductrices dans le matériau lorsque celui-ci est soumis à une déformation allant jusqu’à et dépassant 10 % de déformation.128 Ainsi, sur une distance de transmission d’un signal électrique à travers le conducteur, la transmission ne subit pas plus d’environ 3 dB d’atténuation du signal lorsqu’elle est soumise à la déformation.128 Une fibre de carbone revêtue de nickel a été testée dans le cadre de cette invention avec un grand nombre de polymères de matrice.128 De nombreuses autres charges allongées peuvent également être utilisées.128

Les dispositifs logiques programmables, les circuits intégrés personnalisés, les circuits intégrés analogiques, les CPU, les GPU et autres circuits intégrés nécessitent un grand nombre de circuits d’entrée/sortie tout en ayant des zones de circuits centraux relativement petites.129. Le circuit intégré à semi-conducteurs contient une pluralité de cellules d’entrée/sortie fournissent des connexions latérales de cellules d’entrée/sortie pour distribuer efficacement les alimentations d’entrée/sortie et de noyau et les alimentations de masse aux cellules d’entrée/sortie et ainsi minimiser le bruit des signaux d’entrée/sortie et maximiser la décharge électrostatique129.

Un matériau composite électroconducteur est préparé en mélangeant une résine thermoplastique, des particules conductrices dispersées dans la résine, et un agent tensioactif pour lier les particules conductrices dispersées dans la résine les unes aux autres.130 Le produit est conçu pour les industries informatiques, les pièces de semi-conducteurs, les composants automobiles et électroniques, les pièces et matériaux d’avion, et d’autres matériaux qui exigent une protection contre les décharges électrostatiques.130 Le revêtement conducteur pour les fils, les tampons, les pièces de rechange et les boîtiers de produits, les emballages, etc. sont utilisés dans divers domaines qui exigent une protection contre les décharges électrostatiques.130 Le chlorhydrate de dioctyl éthylène-triamino-éthyle et de dodécyl diamino éthyl glycine sont des exemples typiques de tensioactifs utilisés dans cette application.130 De nombreuses charges sont utiles, notamment les nanotubes de carbone et le noir de carbone et leurs mélanges.130

.