Mise en œuvre et caractérisation de composites polymères conducteurs pour la réalisation de structures textiles chauffantes autorégulées en température

Implementation and characterisation of conductive polymer composite for the development of heating textile structure with self-regulating temperature

• Auteur / Autrice : Louis Marischal
• Direction : Éric Devaux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique des solides, des matériaux, des structures et des surfaces
• Date : Soutenance le 18/05/2021
• Etablissement(s) : Centrale Lille Institut
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : GEMTEX (Roubaix) - Génie et Matériaux Textiles / GEMTEX
• Jury : Président / Présidente : Valérie Gaucher
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Irina Cristian, Stéphane Panier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Aurélie Taguet, Abdelaziz Lallam

Mots clés

Mots clés contrôlés

Extrusion par voie fondue

Autorégulation

Température

Chauffage ohmique

Carbone -- Composés

Conducteurs électriques

Composites polymères

Matériaux nanostructurés

Textiles intelligents

Mots clés libres

Composite polymère conducteur

Coefficient de température positive

Gainage

Textile Chauffant

Autorégulation Thermique

Conductive polymer composite

Positive temperature coefficient

Extrusion coating process

Heating textile

Self-temperature regulation

Résumé

Cette étude, inscrite dans le projet FUI Autotherm², a pour objectif le développement de textiles chauffants autorégulés en température afin de pouvoir soulager les patients atteints de troubles musculo-squelettiques (TMS) et/ou la maladie de Raynaud.Plus précisément, le produit doit avoir la capacité de chauffer jusqu’à atteindre la température de confort puis se stabiliser à cette température de manière autonome. Pour permettre cette innovation, ce textile chauffant a été développé à partir d'un fil métallique gainé par un Composite Polymère Conducteur (CPC). D’une part, le fil métallique va permettre d'assurer la chauffe du textile par effet Joule grâce à sa forte conductivité électrique. D’autre part, le CPC va permettre le transfert de charge entre l’électrode et le fil métallique tout en assurant l'autorégulation thermique grâce à l’effet du Coefficient de Température Positif(CTP). En effet, le CPC va passer d’un état conducteur d’électricité à un état isolant lorsque la température du CPC atteint sa température de transition de phase (fusion), provoqué par l’effet CTP. Pour éviter la déformation du matériau, le développement d’un mélange immiscible entre un CPC et un polymère isolant, thermiquement plus stable, a été effectué. Ce mélange devait présenter une morphologie co-continue et une localisation sélective des charges dans le CPC. Enfin, différentes études ont été réalisées sur le développement du fil gainé afin d’améliorer les propriétés électriques, l’effet Joule et l’autorégulation thermique. En effet, différents paramètres de mise en œuvre ont été étudiés comme l’influence du fil métallique, l’influence de l’épaisseur de gaine, .... Grâce à ce fil gainé, le développement d’un textile chauffant autorégulé en température a été réalisé par l’intégration du fil gainé par maintien d’un fil de broderie

The aim of this study, part of the Autotherm² FUI project, is the development of heating textiles with self-regulating in temperature in order to be able to relieve patients with musculoskeletal disorders and/or Raynaud's disease. More precisely, the product must have the capacity to heat up to the comfort temperature and then stabilise at this temperature autonomously. Toenable this innovation, this heating textile has been developed from a metallic yarn coated by a conductive polymer composite(CPC). On the one hand, the metallic yarn will enable the textile to be heated by the Joule effect thanks to its high electrical conductivity. On the other hand, the CPC will allow the transfer of charge between the electrode and the metallic yarn and also ensure the self-regulating temperature thanks to the Positive Temperature Coefficient (PTC) effect. Indeed, the CPC will switchfrom an electrically conductive state to an insulating state when the temperature of the CPC reaches its phase transition temperature, melting temperature, thanks to the PTC effect. In order to avoid deformation of the material, the development of an immiscible blend between a CPC and a more thermally stable insulating polymer was carried out. This blend had to ensureco-continuity of the blend and selective location of the fillers in the initial CPC. Then, several studies were made on the development of the coated yarn in order to improve the electrical properties (Joule effect and thermal self-regulating temperature). In fact, several process parameters were studied like the influence of the metallic yarn, the influence of the coating thickness. Thanks to this coated yarn, the development of a heating textile with self-regulating in temperature was achieved by the integration of the coated yarn held by embroidery yarn.