Brevet FR2081653A1 — publié le 19711210

La présente invention concerne des structures résistant aux flammes. Selon l'invention, une structure résistant aux flammes comprend une matrice cellulaire métallique et/ou céramique, qui supporte un mélange de liant et de charge réparti dans au moins une partie de la matrice. Selon un mode d'exécution préféré de l'invention, la matrice cellulaire est sous forme de réseau tridimensionnel agencé de façon à délimiter un grand nombre d'espaces cellulaires qui communiquent entre eux. Cette matrice peut Entre entièrement métallique, ou bien être constituée par du métal recouvert dTune couche de matières non-métalliques, par exemple de graphite, d'émail ou de céramique. On peut produire le métal cellulaire par pulvérisation, immersion ou électrodéposition dudit métal sur un substrat poreux. Le substrat poreux peut se présenter sous forme d'aggloméré de fibres, tel qu'une matière feutrée, ou d'une matière similaire à une éponge ou moussée, telle que de l'éponge naturelle ou une mousse de résine synthétique. On préfère, en général, les mousses de polyuréthane. Le substrat poreux peut demeurer dans le métal ou bien en être éliminé, par exemple par chauffage, pour fondre ou "éliminer sous forme de cendres le substrat. Lorsqu'on exige une porosité élevée, le substrat poreux peut être une mousse réticulée, c'est-à-dire une mousse dans laquelle la phase organique est un réseau tridimensionnel pratiquement dépourvu de portions de paroi délimitant les cellules. On peut produire ces mousses réticulées en éliminant les fines parois cellulaires d'une mousse1 par exemple par des moyens chimiques tels qu'une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium dans le cas des mousses de polyuréthane. Lorsqu'on dépose le métal par électrodéposition, il faut, bien entendu, utiliser un substrat poreux électriquement conducteur, ou rendre le substrat conducteur au moyen d'une couche superficielle conductrice. On peut rendre autoconductrices des matières non-conductrices au moyen d'un additif tel que le graphite ou un métal en poudre. On peut appliquer une couche superficielle conductriceen recouvrant le substrat d'une matière résineuse durcissable contenant un additif conducteur, ou en y déposant chimiquement un métal, par exemple par réduction in situ du nitrate d'argent ammoniacal. En général, lorsqu'on utilise le dépôt chimique, on doit traiter la surface par un ou plusieurs agents de sensibilisation, tels que le chlorure stanneux, suivi du chlorure de palladium pour l'argent. Parmi les métaux pouvant être électrodéposés, on peut citer l'argent, le cuivre, le nickel et le fer. On peut produire, dans certains cas, des mousses d'alliage par dépit électro lytique direct et, dans d'autres cas, on peut déposer successivement deux ou plusieurs métaux et former l'alliage en chauffant la structure obtenue On peut produire des mousses d'acier par incorporation des quantités de carbone et/ou d'azote requises. Le carbone peut provenir d'une matière organique formant la mousse de base, ou être ajouté à un bain électrolytique. Pour augmenter la résistance et l'endurance de la matrice cellulaire, on peut déposer plus fortement le métal sur la face qui se trouve en regard de la flamme. La matrice peut être entièrement constituée de matière céramique, ou bien se présenter sous forme d'une couche recouvrant un métal poreux. Dans ce dernier cas, on peut appliquer un émail vitreux sur un réseau métallique par immer- sion dans une barbotine ou dans un lit fluidisé de matière sèche, ou par des techniques d'électrophorèse. On sèche alors la structure et on la chauffe à la température de vitrification. Pour produire une matrice constituée par une matière poreuse céramique, on recouvre une masse non-métallique de matière céramique, par exemple en l'immergeant dans une barbotine d'argile, puis en la chauffant. On préfère en général des matrices d'une porosité de 2 à 40 pores par centimètre linéaire. te liant utilisé dans le mélange liant/charge peut être une résine. On peut utiliser une grande variété de résines, et les exemples suivants en sont particulièrement utiles des résines phénoliques, des résines époxy, des résines de polyester, des résines de phényl-silane, des résines siliconiques, des polyphénylènes, des polyamides, etc. On peut aussi utiliser des combinaisons, par exemple de résines époxy-phénoliques et nitrile-phénoliques. En variante, le liant peut être un élastomère résistant à la chaleur, par exemple un caoutchouc siliconique. Les charges utilisées dans le mélange liant/charge sont principalement des matières réfractaires, comme des oxydes et des silicates, des exemples typiques étant : l'oxyde d'aluminium, l'oxyde de magnésium, l'oxyde de zirconium, l'oxyde de calcium, la silice, l'argile (silicate d'aluminium) et l'amiante. On peut cependant citer, comme autres charges pouvant être uti ,lisées : le carbure de silicium, le graphite et certaines matières polymères, comme le nylon. En général, la proportion de charge dans le mélange liant/charge varie de 5 à 100 %, rapporté au poids de résine, mais on préfère les pourcentages de charge les plus élevés, par exemple de 50 à 100 %. Il est également avantageux d'incorporer des agents retardateurs de flamme dans le mélange liant/charge. Comme exemple typique, il y a lieu de citer le trioxyde d'antimoine, en combinaison avec des hydrocarbures chlorés, bromés ou phosphénés, tels que le 1,2-dibromopropane, le penta-bromotoluène, le phosphate de tricrésyle et le phosphate de triphényle. L'invention est décrite avec davantage de détails dans les exemples non limitatifs qui suivent. tEXEMPLES I à VI On introduit, dans des échantillons de mousse métallique en alliage nickel/chrome/fer, d'une porosité de 10 pores par centimètre linéaire et de 6,3 mm d'épaisseur, un mélange résine/charge, comme indiqué dans les exemples IV et VI du ta bleau I ci-dessous. On place les échantillons à 8,25 cm de l'ajutage d'une lampe de soufflage du verre à tuyère "Jencons", pourvu d'un ajutage "Whisper Jet" qui donne une flamme d'une chaleur intense. Le débit de gaz utilisé est de 0,113 m3 à l'heure de propane et de 0,405 m3 à l'heure d'oxygène. On enregistre le temps mis par la flamme pour brayer entièrement l'échantillon. On effectue également des essais sur des échantillons d'acier doux, de résine et des mélanges résine/charge sans structures de support, au moyen de la même flamme. (voir tableau I page suivante) Exemple Structure de Résine Charge Durée de combustion support complète I. Acier doux de 3,18 mm 3 minutes d'épais- seur II Aucune Résine époxy Aucune 1 minute ('Xpikote 828") III Aucune " Kaolin 2 minutes à 90 % IV Alliage Ni/Cr/Fe à 18 pores par cm linéaire " " 5 minutes 15 secondes V Aucune " Alumine 6 minutes lévigée àSo% VI 18 pores par cm linéaire " " Pas de pénétration au bout de 15 mi nutes EXEMPLES VII à XIII On introduit, dans des échantillons de mousse métallique en alliage Ni/Cr/Fe, en nickel et en alliage Fe/Cr, présentant différentes porosités et épaisseurs, un mélange résine/charge, indiqué dans le tableau II. (voir tableau II page suivante) T A B L E A U Il Exemple Matrice épaisseur Masse Liant Charge Durée de volumi- combustion que g/cm3 totale VII Feuille 3,18 mm 3 minutes d'acier doux VIII Aucune 6,35 mm 1,45 Epoxy Al2O3/25 50 secondes IX Ni/Or/Fe à 18ppcml " 1,66 n Al2O3/25 15 minutes + X " " 1,76 " Al2O3/50 15 minutes + XI Ni à 4ppcml n 1 ,67 " Aucune 4 minutes 45 secondes MI n n 1,83 " Al2O3/50 15 minutes + XIII Ni à " n Al2O3/50 15 minutes + 12ppcml XIV Alliage " 1,90 " A1203/50 15 minutes + Fe/Cr à 8ppcml (ppcml = pores par centimètre linéaire) La résine utilisée dans les exemples I à XIV est une résine époxy que l'on trouve dans le commerce chez Sheli, sous le nom commercial de "Epikote 828". La composition de la résine est indiquée dans le tableau III. T À B L E A U III Parties en poids Résine "Epikote 828" 100 Dérivé méthylique de l'anhydride "Nadic" 90 Benzyl-diméthylamine 2 On disperse la charge dans ce mélange à la main avant imprégnation dans la mousse métallique. Après avoir imprégné la mousse métallique, on la dégaze pendant au moins 15 minutes pour éliminer les bulles d'air ; on durcit alors les échantillons pendant une heure à 100 C, puis pendant 16 heures à 200 C. EXEPlES XV à XVII : les exemples qui suivent illustrent l'utilisation d'un élastomère dont le liant se présente sous forme de caoutchouc siliconique. Pour mélanger et dégazer, on procède comme avec la résine époxy, mais on laisse durcir le caoutchouc siliconique à la température ambiante. te caoutchouc siliconique utilisé est le mélange de caoutchouc représenté dans le tableau IV, et tous les ingrédients sont disponibles dans le commerce chez "Midland Silicones". T A B L E A U IV Parties en poids Caoutchouc siliconique "XE 9621 " 100 Caoutchouc siliconique "MS 200" 40 Caoutchouc siliconique "MS 9162" 2 On effectue des essais sur tous les échantillons de la même façon que dans les exemples VII à XIV au moyen de la même flamme. Les résultats sont présentés sur le tableau V. TABLEAU V Exemple Matrice Repais Masse volu3 Liant Charge Durée de seur mi que g/cm combustion totale XV Alliage 6,35 mm 2,07 Caout- Al2O3/50 15 minutes + Ni/Or/Fe chouc à 18 ppcml silico- XVI " " 1150 " Âl2O3515 minutes + XVII " " I' AlO3/50 15 minutes + Les structures résistant aux flammes selon l'invention peuvent être utilisées très efficacement pour réaliser des barrières pare-flammes dans une grande gamme de formes et de dimensions. Une application particulière de cette structure réside dans les moteurs d'avions à réaction. RVENDICÂTIONS 1.- Structure résistant aux flammes, caractérisée en ce qu'elle comprend une matrice cellulaire métallique et/ou céramique qui supporte un mélange de liant et de charge réparti dans au moins une partie de la matrice. 2.- Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que la matrice cellulaire est sous forme d'un réseau tridimensionnel agencé de façon à délimiter un grand nombre d'espaces cellulaires qui communiquent entre eux. 3.- Structure selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la matrice cellulaire est un métal recouvert d'une couche de matière non-métallique. 4.- Structure selon la revendication 3, caractérisée en ce que la matière non-métallique est une céramique ou un émail. 5.- Structure selon la revendication 3, caractérisée en ce que la matière non-métallique est le graphite. 6.- Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que la matrice cellulaire est produite par électrodéposition du métal sur un substrat poreux. 7. - Structure selon la revendication 6, caractérisée en ce que le substrat poreux est une mousse de polyuréthane. 8.- Structure selon la revendication 7, caractérisée en ce que le substrat poreux est une mousse de polyuréthane réticulée. 9.- Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que la matrice cellulaire est recouverte électrolytiquement plus fortement sur la face qui est en regard de la flamme. 10.- Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la matrice cellulaire a une porosité de 2 à 40 pores par centimètre linéaire. 11.- Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que le liant est une résine. 12.-Structure selon la revendication 11, caractérisée en ce que la résine est choisie parmi au moins l'un des produits suivants : les résines phénoliques, les résines époxy, les résines de polyester, les résines de phénylsilane, les résines siliconiques, les polyphénylènes, les polyamides. 1 Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisée en ce que le liant est un élastomère résistant à la chaleur. 14.- Structure selon la revendication 13, caractérisée en ce que l'élastomère est un caoutchouc siliconique. 15.- Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisée en ce que le liant renferme un retardateur de flamme. 16.- Structure selon la revendication 15, caractérisée en ce que le retardateur de flamme est une combinaison de trioxyde d'antimoine et d'un hydrocarbure chloré, bromé ou phosphéné. 17.- Structure selon la revendication 16, caractérisé en ce que l'hydrocarbure est choisi parmi le 1,2-dibromopropane, le pentabromotoluène, le phosphate de tricrésyle et le phosphate de triphénylec 18.- Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisée en ce que la charge est une matière réfractaire. 19.- Structure selon la revendication 18, caractérisée en ce que la matière réfractaire est choisie parmi l'oxyde d'aluminium, l'oxyde de magnésium, l'oxyde de zirconium, l'oxyde de calcium, le silicate d'aluminium et l'amiante. 20.- Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 19, caractérisée en ce que la charge est choisie parmi le carbure de silicium, le graphite et une matière polymère. 21.- Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 20, caractérisée en ce que le mélange de liant et de charge renferme de 5 à 100 % de charge, rapporté au poids de liant.