Auteur: Philippe Bichot
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Comparaison de trois types d'agents antistatiques pour sols conducteurs

Comparaison des forces et faiblesses des agents antistatiques les plus couramment utilisés: fibres de carbone hachées (ou coupés), mica conducteur et nanotubes de graphène

 

Atteindre une valeur précise de résistivité électrique – et qui soit également homogène – dans un revêtement de sol conducteur dépend principalement du choix du bon additif antistatique. Cet article compare trois types d'agents antistatiques différents qui sont fréquemment utilisés pour conférer des propriétés conductrices stables et permanentes aux sols autolissants époxy et polyuréthane: fibres de carbone hachées (ou coupées), nanotubes de graphène et mica conducteur. Les sels d'ammonium et autres additifs polymères antistatiques non permanents ne sont pas pris en compte dans cette revue en raison de leur effet limité dans le temps et de leur forte dépendance à l'humidité et aux conditions climatiques.

Quel que soit l’agent antistatique utilisé, un « chemin » conducteur se forme dans un premier temps dans la résine à partir d’un certain dosage. C'est ce qu'on appelle le seuil de percolation. Au-delà de ce seuil, la résistivité électrique chute en raison de la formation–non plus d’un chemin–mais bien d'un réseau conducteur interconnecté. Pour simplifier les choses, nous traduirons la quantité requise d'agent antistatique par «dosage utile» et, pour chaque additif antistatique, nous définirons un “coût de propriété conductrice“.

Paramêtres	Fibre de carbone hachée	Mica conducteur	Nanotubes de graphène
Dosage utile	1—4 wt. %	> 10 wt. %	0.01—0.04 wt. %
Plage de résistance (surface à la terre)	1011—104Ω
Palette de couleurs	variée	variée	variée
Épaisseur requise de revêtement	~2 mm	variée	variée
Peut être utilisé sans primaire conducteur	non	oui	oui
Points noirs apparents	possible	non	non
Résistance stable dans le temps	oui	oui	oui
"Hot spots" (zone non-conductrice ou conductivité non-homogène)	possible	possible	aucune
La résistance reste stable après des défauts d'abrasion sur la surface	problematique	non	oui
Coût du système	acceptable	élevé	acceptable

La fibre de carbone est l'agent antistatique le plus fréquemment utilisé dans les revêtements de sol conducteurs. Ensemble, les fibres de carbone hachées (chopped carbon fibers) et broyées (milled carbon fibers) possèdent plus de 50% de la part de marché totale des revêtements de sol conducteurs autolissants. Les fibres de carbone dites hachées ou coupées sont fabriquées à partir de brai de houille, présentent un diamètre de 10 à 15 µm et une longueur de 2 à 6 mm. Le dosage utile pour ce type de fibre de carbone est de 1 à 2% en masse. Son coût de propriété conductrice est attractif (0.2–1.5 $/kg) du fait d’un prix de fibre initiale faible et d’un dosage utile réduit.

Cependant, en raison de la longueur de la fibre de carbone hachée (2 mm ou plus), l'épaisseur de la couche supérieure (topcoat) doit être au moins aussi élevée que celle de la couche de base (basecoat). Cela peut se traduire par un temps d’application plus long/complexe et, de ce fait, augmenter les coûts (car l’ensemble topcoat/basecoat représente près de 60% du coût total). Par ailleurs l’utilisation de fibre de carbone hachée ne garantit pas un topcoat 100% conducteur du fait de l’apparition de “hot spots“ (zones non-conductrice).

Les pigments conducteurs, tels que l'oxyde de zinc ou le mica, sont généralement fournis sous forme de flocons ou de poudre. Le mica conducteur présente le coût de propriété conductrice le plus élevé, soit environ 3,5 $/kg. Ce coût résulte de la combinaison d’un prix élevé de l'additif avec un dosage utile supérieure à 10% en masse. Cependant, le mica conducteur présente des performances intéressantes lorsqu'il est utilisé avec un revêtement de sol conducteur. Ainsi il autorise un topcoat ESD plus fin, permet la coloration du produit final, n'a pas d’influence négative sur les propriétés mécaniques et offre un niveau de sécurité élevé en raison de l’absence de ”hot spots”.

Les nanotubes de graphène  sont relativement récents et sont plébiscités par le marché. Leur principal avantage par rapport aux additifs antistatiques traditionnels réside dans leur dosage utile –extrêmement faible– nécessaire pour atteindre un niveau de conductivité souhaité : à partir de 0,01% en masse par rapport à l’ensemble de la formule (partie solide). Grâce à leur diamètre minuscule ainsi qu’à leur rapport diamètre/longueur très élevé, un dosage extrêmement faible de nanotubes de graphène est suffisant pour créer un réseau conducteur uniforme. Des dosages utiles très faibles autorisent par conséquent un topcoat ESD plus mince (jusqu´à 25 microns DFT), une palette de couleurs plus large, un temps d'application plus court et une maintenance plus rapide. Ces avantages inhérents aux nanotubes de graphène permettent d’envisager une réduction supplémentaire des coûts. Enfin, bien que « nano », les nanotubes de graphène ouvrent la voie à de nouvelles propriétés et/ou à des propriétés améliorées telle que la conductivité thermique, la résistance à l'abrasion, la résistance aux chocs et la résistance aux rayures.

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Classe de matériaux	Résine époxy sans solvant			Époxy avec solvant
Composants de base	Plastifiant		Tensioactif	Plastifiant et stabilisant
	Éther glycidylique d'acide gras	Éther alkylglycidylique	Alcool éthoxylé	Éther glycidylique d'acide gras, sel d'ammonium de dérivé à base de polyoléfines	Éther alkylglycidylique, sel d'ammonium de dérivés à base de polyoléfines
Produit	Plus d'informations	Plus d'informations	Plus d'informations	Plus d'informations	Plus d'informations