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TECHNOLOGIE FABROC®

 

 

 

 

1) Le principe

a) PROPRIETES ELECTRIQUES FABROC®

Fabroc® est un composite particulaire souple conçu pour produire directement de la chaleur avec un haut rendement, lorsqu’il est parcouru par un courant de faible tension.

Ce composite contient de fines particules calibrées, de graphite, dans une base silicone, réparties de façon homogène. Ces particules conductrices ont en autres fonctions de rendre le matériau conducteur, avec une résistivité calculée pour développer une chaleur proportionnelle à la tension appliquée.
Le principe en jeu n’est autre que la loi d’Ohm, et l’effet Joule.

Une résistivité de l’ordre de 2,5 Ohm cm3 ainsi obtenue, permet de travailler à de faibles tensions et d’envisager des systèmes autonomes alimentés avec une batterie rechargeable.
A titre d’exemple, un élément chauffant de 30cm long par 7cm développera une puissance de 7 watts à une tension de 7.2 Volts. Les batteries rechargeables au Lithium Ion, Nickel Metal Hydride et Nickel Cadmium peuvent alimenter cet élément. Des systèmes plus puissants ont également été développés, et produisent une puissance de plus de 110 Watts (couvertures chauffantes de survie, …)

Courbe_intensite_tension_EXO2.jpg


Exemple de relation intensité – tension – Diagonale Sud Technologie data


b) PUISSANCE DE CONVERSION - RENDEMENT FABROC®
Egalement le composite Fabroc® est quasiment un corps noir parfait, en ce sens il dispose d’une capacité d’émission importante, et il y a très peu de perte par convection comparativement aux résistances filaires métalliques. Un modèle mathématique a été développé et permet le dimensionnement rapide et précis des éléments chauffants. Ainsi les longueur, largeur, et épaisseur des éléments chauffants sont précisément définies en fonction des conditions d’utilisation.
Nous dirons que grossièrement, 1 milliwatt développé sur une surface de 1cm2 produira une élévation de température de 1°C.


c) LA TECHNOLOGIE FABROC® ET LA SECURITE
Si les données précédentes illustrent la principe de la conversion de l’électricité en chaleur, l’un des points clés de cette technologie innovante réside dans la maitrise de la température.

En effet, lorsque la température s’accroit, la résistance du composite conducteur augmente. Ainsi, naturellement, l’intensité du courant décroit, et la puissance de chauffe n’augmente plus. Ce phénomène est connu sous le nom de « negative feedback » ou de coefficient positif de température (PTC)

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Courbes de températures mesurées sur l’éléments chauffants et sur l’extérieur du vêtement, mettant en évidence le “plateau” de température. Données Diagonale Sud Technologie sarl



L’effet contraire de « positive feedback » se caractérise par une élévation continue de la température, et engendre un effet d’emballement thermique. Certain de ces matériaux chauffants sont utilisés dans des équipements, et ils doivent impérativement disposer d’un régulateur électronique pour éviter ce phénomène pouvant occasionner des brulures graves. Actuellement seule la technologie EXO2 utilise un matériau a coefficient positif de température (PTC). Certains étant tout au plus à coefficient neutre.
Fabroc® iest en ce sens un matériau intrinsèquement sécurisé. Cette propriété ayant été reconnue et validée par le bureau indépendant SGS, de la société NAMAS reconnue mondialement. Ce produit répond parfaitement aux exigences « CE » des normes européennes. Egalement testé par l’agence NAMAS.


d) CARACTERISTIQUES THERMIQUES FABROC®
Le composite conducteur Fabroc® est extrêmes résistants en température. Ce qui contribue a sa fiabilité et durabilité dans le temps. En effet, ce matériau résiste à des températures de 450°C, et peut être utilisé pour travailler en continu à des températures de consigne de 135°C.
Fabroc® génère une chaleur uniforme sur une large surface comparativement aux résistances filaires. Cette capacité à développer une puissance importante (watts), sur une surface importante permet de travailler à des températures source plus faibles. Et de s’acquitter de tout risque de surchauffe, et/ou de brulures. Ainsi, un vêtement chauffant pour la moto peut développer 80 watts, sans aucun risque pour l’utilisateur.
Une parfaite maitrise des phases transitoires :
Le comportement thermique du matériau est maitrisable au degré près ! Nous avons pu répondre à une demande du secteur médicale (pour table post opératoire), en réalisant un matelas dont la montée en température devait être constante, et par pallier de 1°C.


e) CARACTERISTIQUES PHYSIQUES FABROC®
Fabroc® est un matériau dont les propriétés physiques sont celles des élastomères. Il peut être formulé selon une large gamme de variantes qui lui confère des propriétés élastiques élevées.
Son élongation à rupture peut être de plus de 200%. Sa contrainte à rupture à été optimisée et l’élongation du matériau de série est actuellement de 40 %. Ce qui est largement supérieur au déformation du textile du vêtement.
Son épaisseur peut être réduite à 600 microns.


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Exemple de membrane chauffante Fabroc - Photo Diagonale Sud Technologie



Fabroc® peut être assemblé par des techniques adhésives silicone RTV disponibles en mono composant, ou bi-composant, à chaud comme à froid.


2) Guide de dimensionnement de systèmes Fabroc®

a) LES 4 ELEMENTS CLE :
Application - Température – température du corps – Autonomie

Ces éléments constituent les 4 paramètres fondamentaux pour la conception d’un système utilisant la technologie Fabroc®. A titre d’exemple, pour un système permettant d’assurer un confort thermique de personnes âgées en conditions hivernales (marche à pieds), nous nous devons de prendre en compte les points suivants :

1. La puissance de chauffe doit être ajustée, de façon à maintenir la température du corps à un niveau de confort. Et d’alléger l’organisme dans son processus de thermorégulation. Ce, sans générer de surchauffe.
2. Si le sujet marche, le système devra pouvoir moduler sa puissance en conséquence. De même les conditions externes (températures, humidité de l’air, vitesse du vent (effet « windchill ») sont à considérer.
3. La température du corps dépend des individus, et de la qualité de l’habillement. Des données moyennes, par catégories spécifiques sont alors requises.
4. Enfin la durée total d’exposition, et les durées des différentes phases (actives – non-actives) seront nécessaires pour déterminer la « réserve » en énergie électrique. Typiquement 3 heures.
Dans ce cas les amplitudes de température de chauffe seront faibles, la puissance de chauffe sera importante et ciblée sur des zones réduites. Les variations de températures seront relativement rapides, pour compenser l’adaptation lente du corps.

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Image infrarouge d’un vêtement équipé chauffage de la zone lombaire (41°C)
(Gilet StromWalker EXO2) – Photo Diagonale Sud Technologie

Si par contre nous prenons l’exemple d’un montagnard, qui fait de l’escalade et qui dors sous tente en haute montagne, l’approche sera différente :

1. L’objectif est ici d’assurer une température corporelle raisonnable d’un sportif, quand il est au repos. Et le prévenir contre tout risque d’hypothermie.
2. La température ambiante peut être de -20°C. Avec une humidité très basse.
3. En situation de repos, le corps dégagera peu d’énergie. Néanmoins, les vêtements et équipements du sportif aurons un pouvoir isolant élevé.
4. L’autonomie demandée sera typiquement de 6 heures.

Ici le système fonctionnera à température modérée, mais devra couvrir de larges zones de chauffe. La régulation pourra se faire soit en apport de courant continu via une tension donnée. Soit en modulation d’intensité, et prenant en compte l’inertie de chauffe du matériau devra donner une température moyenne constante.

b) Résumé des paramètres de conception of Fabroc®
DESIGN ET INDUSTRIALBILITE
• Alimentation par courant continu DC ou alternatif AC
• Intégration des éléments ou du matériau chauffant
• Mise en forme (moulage) pour s’adapter aux usages
• Epaisseur
• Propriétés élastiques
ASSURANCE QUALITE
• Résistance chimique et stabilité thermique
• Uniformité thermique, pour éviter le phénomène de « hot spot »
• Résistance électrique constante
• Répétabilité en production
PROPRIETES INTRINSEQUES
• Effet PTC pour assurer la sécurité de l’utilisateur
• Haut rendement thermique
• Léger
• Insensible à l’eau
• Coupe vent
• Peut être plié, froissé
• Stretch
• Ne crains pas le poinçonnement ou la perforation


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