Tissu à base de fibres résistant au feu et articles comprenant un tel tissu

Description

[0001] L'invention concerne des tissus techniques ayant de remarquables propriétés de résistance au feu. L'invention est également relative aux articles comprenant un tel tissu , en particulier les articles obtenus par im­prégnation de ces tissus à l'aide d'une résine , et éven­tuellement en combinaison avec d'autres constituants , en réalisant ainsi des structures ayant des domaines d'application très variés , par exemple dans l'industrie aéronautique et dans tous les cas où l'on recherche des produits possédant une haute résistance au feu .

[0002] On rappelera que le brevet FR 85.15.328 a pour objet un tissu à base de fibres , présentant une haute résistance au feu , un faible poids par unité de sur­face et une bonne tenue mécanique , caractérisé en ce qu'il comprend un mélange de 50 à 90% en poids environ de fibres de verre texturées et de 10 à 50% en poids environ de fi­bres de carbone . Un tel tissu convient bien, par impré­gnation avec des résines résiduelles , avantageusement des résines phénoliques , pour la réalisation d'articles tels que des pièces pour l'aménagement intérieur des avions , qui doivent remplir simultanément un certain nombre d'exigences .On peut ainsi obtenir des structures du genre nid d'abeilles capables de satisfaire aux normes les plus sévères et les plus récentes de l'industrie aéronautique .

[0003] En poursuivant ces travaux dans le domaine des tis­sus composés de fibres résistant au feu , la demanderesse a été amené à mettre au point de nouveaux tissus dont l'un des composants est constitué par des fibres non texturées .

[0004] Ainsi la présente invention a pour objet un tissu à base de fibres, résistant au feu et comprenant un mélange de :

a) 50 - 90% en poids environ de fibres texturées "non-feu";

b) 10 - 50% en poids environ de fibres techniques ayant une rigidité supérieure à celle du verre texturé à la condition que, si les fibres a) sont des fibres de verre texturées, les fibres b) sont autres que des fibres de carbone.

[0005] Le premier constituant du tissu selon l'invention consiste en des fibres non-feu texturées. L'expression "texturée" au sens de la présente description désigne une fibre dont l'alignement de chaque filament est aléatoire. Dans la technique, on parle également de fibres effilochées. Ce type de fibres est connu de l'homme du métier et peut être obtenu de manière connue par divers traitements. Les fibres texturées mises en oeuvre dans le tissu selon l'invention sont continues ou discontinues . On préfère en général des fibres continues, qui procurent les meilleurs résultats lors de l'ensimage .

[0006] Les fibres texturées du tissu selon l'invention possèdent la propriété d'être "non-feu" , expression qui signifie qu'elles sont classées au minimum M1 et de préfé­rence M0 selon la norme française NF P 02-507 (Octobre 1975) intitulée "Classement des matériaux utilisés dans la construction " , établie conformément à l'Arrêté du 4 Juin 1973 (Journal Officiel du 26 Juillet 1973) et éditée par l'Association Française de Normalisation (AFNOR), Tour Europe, Paris La Défense. Les essais au feu de matériaux, tels que les tissus selon l'invention,sont réalisés selon la norme NF P 92-503 (Octobre 1975).

[0007] Pour les applications des tissus selon l'invention , qui doivent possèder une haute résistance au feu, il impor­te en effet que les fibres qui le composent ne dégagent pas de flux thermique c'est-à-dire que en cas de combustion, l'énergie thermique dégagée ne soit pas capable de propager la flamme, soit directement, soit par des points d'incan­descence ou des gouttes de fusion. Pour certains besoins de la présente invention, qui ne sont pas nécessairement aussi sévères que ceux des normes les plus exigeantes de l'indus­trie aéronautique , les fibres "non-feu" sont celles qui, d'après le classement qui vient d'être mentionné, sont classées M0 ou M1.

[0008] Le deuxième constituant du tissu selon l'invention consiste en des fibres techniques qui présentent des carac­téristiques suffisantes de rigidité et qui en combinaison avec les fibres a), procurent au tissu des propriétés globa­les de résistance au feu permettant de satisfaire aux nor­mes précitées . Au sens de la présente description, l'expression "rigidité supérieure à celle du verre texturé" signifie que les fibres b) ont un module de traction supé­rieur à 55000 MPa environ.Les fibres préférées ,qui ont de telles propriétés en même temps qu'une résistance au feu satisfaisante sont les fibres de carbone , les fibres d'aramide et les fibres de carbure de silicium. Lorsqu'on utilise des fibres de carbone , elles comportent le plus couramment de 1000 à 6000 filaments , par exemple 3000 fi­laments environ.

[0009] Les proportions relatives des deux constituants du tissu selon l'invention seront choisies en fonction des problèmes précis à résoudre . Il convient en effet de prendre en considération un certain nombre de paramètres tels que la masse unitaire , les propriétés de résistance au feu , les caractéristiques mécaniques d'ensemble et le prix du tissu final .

[0010] Dans la combinaison de fibres du tissu selon l'invention,les fibres a) ont la particularité essentielle d'être texturées , ce qui présente de nombreux avantages par rapport aux fibres analogues non texturées . Ces avan­ tages sont particulièrement apparents lorsque, comme on le préfère , on utilise le tissu selon l'invention pour la fa­brication de matériaux composites, en imprégnant le tissu , mis sous forme de couches stratifiées en nombre approprié , avec une résine , telle qu'une résine phénolique . Le taux d'imprégnation par la résine peut être élevé et en général il est de 30 à 60 % , en particulier de 50 à 60% .

[0011] Les fibres texturées permettent d'obtenir des arti­cles présentant un meilleur état de surface , car elles possèdent une capacité d'absorption de résine nettement plus élevée que les fibres correspondantes qui sont non texturées ou lisses. Egalement les fibres texturées pro­curent un meilleur interface fibre /résine,car elles réali­sent une plus grande surface de contact avec la résine. Par ailleurs , les tissus et articles à base de fibres textu­rées ont une masse sufacique faible , en raison de la structure " gonflée" desdites fibres .

[0012] Egalement, lorsque les fibres a) et les fibres b) possèdent des coefficients de dilatation thermique linéaire sensiblement différents , l'utilisation de fibres a) textu­rées dans les tissus selon l'invention permet d'éliminer l'effet néfaste de la différence de dilatation entre les fibres a) et les fibres b) . En effet , les fibres textu­rées a) présentent une répartition aléatoire des filaments qui est favorable à la compensation des dilatations.Au contraire,les fibres non texturées , mélangées aux fibres b) , peuvent entraîner des voilages et des déformations dans les articles finis , obtenus après imprégnation de ré­sine.

[0013] On peut encore observer que la drapabilité (ou dé­formabilité ) des tissus comprenant des fibres texturées a) est meilleure que si l'on met en oeuvre des fibres non tex­turées.

[0014] Les fibres qui entrent dans la catégorie a) et sont préférées par l'invention sont les fibres de verre . De telles fibres texturées ont un poids par unité de longueur qui peut varier dans d'assez larges limites , en parti­culier 11 à 126 tex (1 tex représente le nombre de gramme par kilomètre de fibres) . D'autres exemples de fibres utilisables sont les fibres d'aramide texturées, par exem­ple celles disponibles sur le marché sous la dénomination "Kevlar" type 49 et qui ont subi un traitement préalable de texturisation.

[0015] Ainsi qu'on l'a mentionné précédemment , des exem­ples de fibres b) sont les fibres de carbone , les fibres d'aramide et les fibres de carbure de silicium.

[0016] Lorsque, dans la présente description, il est ques­tion de mélange de fibres a) et de fibres b), il va sans dire que dans chacun de ces constituants , il peut exister des fibres de nature différente . A titre d'exemple, les fibres b) peuvent être choisies individuellement parmi les fibres de carbone, les fibres d'aramide , les fibres de carbure de silicium , mais on peut aussi faire appel à des combinaisons quelconques de telles fibres, telles que les fibres de carbone et d'aramide , les fibres de carbone et de carbure de silicium , les fibres d'aramide et de carbure de silicium et autres combinaisons analoques.

[0017] Les tissus selon l'invention peuvent être utilisés pour la fabrication de pièces quelconques susceptibles d'étre obtenues par imprégnation de résine et moulage.On peut ainsi réaliser des stratifiés comprenant plusieurs couches de tissus imprégnées de résine , par exemple deux ou trois couches . Il est également possible , comme cela est connu de la technique , d'imprégner un tissu selon l'invention avec une résine telle qu'une résine phénolique et de le coller sur une face ou sur les deux faces d'une structure en nid d'abeilles . On réalise ainsi des structu­res sandwichs ayant une inertie plus grande . Ces techni­ques de fabrication sont connues de l'homme du métier et n'ont pas besoin d'être davantage explicitées .A toutes fins utiles ,on peut se reporter par exemple à l'ouvrage "Guide pratique des matériaux composites" 2ème édition (1985) par M. Geier et D. Duedal Editions Lavoisier (France) .

[0018] Les articles et structures comprenant les tissus se­lon l'invention peuvent trouver des applications très va­riées , chaque fois qu'on a besoin de produits ayant une résistance au feu suffisante . En dehors du domaine aéro­nautique , on peut citer aussi celui de la construction, de tels produits étant utilisables pour l'aménagement inté­rieur de salles de spectacles , lieux publics et autres .

[0019] L'invention sera illustrée, sans être aucunement li­mitée par les exemples qui suivent :

EXEMPLE1

[0020] Dans cet exemple, on a utilisé un mélange de base contenant , en poids, 67% de fibres de verre texturées et 33% de fibres d'aramide ("Kevlar" type 49). Les fibres de verre texturées avaient un poids par unité de longueur de 34 tex.

[0021] On a tissé à partir de ce mélange de fibres un tissu dont les catactéristiques mécaniques étaient les suivantes, telles qui mesurées sur des échantillons stratifiés pour essais de laboratoire, comportant 12 couches de tissu im­prégné, de manière à réaliser des éprouvettes de 3 mm d'épaisseur.

Résistance à la flexion : 340 Mpa
Module de flexion : 27000 MPa
Résistance au cisaillement: 30 MPa

La résine d'imprégnation était une résine phénolique mo­difiée (Vicotex 250 de Brochier SA) à un taux de 55%.

EXEMPLE2

[0022] Dans cet exemple, on a réalisé un tissu en tous points similaires à celui de l'exemple 1, mais en remplaçant les fibres d'aramide par la même proportion (33%) de fibres de carbure de silicium SiC, type Nicalon.

[0023] Les caractéristiques mécaniques étaient les suivantes:

Résistance à la flexion: 380 Mpa
Module de flexion: 29000 MPa
Résistance au cisaillement: 36Mpa

Revendications

1. Tissu à base de fibres, résistant au feu et comprenant un mélange de :

a) 50-90% en poids environ de fibres texturées "non-feu" ;

b) 10-50% en poids environ de fibres techniques ayant une rigidité supérieure à celle du verre texturé à la condition que, si les fibres a) sont des fibres de verre texturées, les fibres b) sont autres que des fibres de carbone.

2.Tissu selon la revendication 1,dans lequel les fibres (a) sont des fibres de verre.

3.Tissu selon la revendication 1, dans lequel les fibres (b) ont un module de traction supérieur à 55000 Mpa environ.

4.Tissu selon la revendication 1,dans lequel les fibres (b) comprennent des fibres de carbone.

5.Tissu selon la revendication 1,dans lequel les fibres (b) comprennent des fibres d'aramide.

6.Tissu selon la revendication 1, dans lequel les fibres (b) comprennent des fibres de carbure de sili­cium.

7. Article comprenant un tissu selon la reven­dication 1 et une résine d'imprégnation.

8.Article selon la revendication 7 dans lequel la résine d'impregnation est une résine phénolique.

9.Article selon la revendication 7, dans lequel le taux de résine est de 30 à 60% en poids, en parti­culier de 50 à 60% en poids, par rapport au poids de l'article.