Brevet FR2134225A1 — publié le 19721208

Le secteur technique de l'invention est celui des matières à l'épreuve du @eu applicables plus particulièrement dans la construction aéronaptique. Un matériel est dit "à l'épreuve du feu" si, après @voir été plongé pendant quinze minutes dans une flamme de 1090 # 3010 réglée suivant dispositions particulières, il conserve des qualités offrant un maximum de sécurité. Le matériel essayé, examiné après refroidissement, ne doit révéler aucune trace d'explosion, cassure, détérioration, qui serait, sur un aéronef, de nature à faciliter ta propagation d un incendie en dehors des zones de feu, ou a compromettre le contrale des év@lutions dudit aéronef. La qualit "à l'épreuve du feu" n'est, en principe, requise que pour certains matériels ou équipements d'importance vitale, situés dans les zonés Je feu, tels que cloison pare-feu, carnages et tous raccords, commandes, prises de courant qui les traversent ou bâti moteur. De plus, chaque cloison pare-feu ou carénage doit être construit de telle façon qu une quantité dangereuse de liquide, de gaz ou de flammes ne puisse passer du compartiment moteur aux autres parties de l'avion et @oit par ailleurs être protégé con- tre la corrosion. Dans la construction aéronautique actuelle, les carénages qui offrent parfois des surfaces à relief complexe, à plusieurs courbures ou les deux à la fois, ayant au moins l:ne face el contact avec le compartiment moteur d'un aéronef, sont habituellement réalisés à partir de matériaux traditionnels tels que : @ feuille d'acier inoxydable en une seule épaisseur, travaillée par repoussage ou emboutissage. - feuille d'alliage léger travaillée suivant les mêmes conditions que précédemment et doublée d'un complexe protecteur vers le compartiment moteur. Bien qu'offrant une bonne protection, ces deux solutions conduisent à un prix de revient élevé dû au procédé de fabrication utilisé et concernent le problème "masse" dont on connaît l'importance dans le domaine aéronautique. De plus, que l'on emploie la feuille d'acier inoxydable ou la feuille d'allia- ge léger pour réaliser de tels carénages, il est nécessaire @'ajouter un matelas d'insonorisaton compte tenu de la zone par @iculièrement bruyante et sujette à vibrations dans laquelle ils sont placés. Pour remédier à-ces ineonvéninnts, la présente invention concerne une matière à l'épreu@e du feu, constituée par un produit stratifié obtenu par la combinaison d'une couche d'un tissu d'amianto, de préférence un feutre, et doux couches d'un tissu de verre, l'ensemble étant impréné par une résine obtenue par le mélange d'un pol@ester au diol chloré et d'un hydrate d'alumine. Dans un carénage pouvant constituer une cloison parefeu, la face, tournée vers le compartiment moteur et pouvant être en contact avec une émission de flammes ou de produits agressifs. doit résister à la pénétration do la flamme et à la corrosion. C'est à cet- effet due répond l'amiante @tilisée sous forme de feutre léger mas suffisamment solide polir supporter sans dommage les manipulations exigées par la mise en oeuvre et susceptible de pouvoir être relié de facon intime au corps du stratifié. Les fibres d'amiante étant dix fois plus fines que les fibres do verre, le mouillage à l'aide d'une résine est nettement meilleur nue pour des fibres de verre. Il en résulte après mouillage, on élimine totalement {a capii.larité des fibres. Par voie de conséquence, la résistance aux agents chimiques et atmosphériques est considérablement superieure. Une nappe de "roving" de verre unidirectionnel sert de support à- ce tissu d'amiante ou mat d'amiante. Quant au corps de la pièce situé en arrière du bouclier d'amiante, sa structure est telle qu'elle garantisse à la fois de bonnes caractéristiques mécaniques et une résistance maximum à la pénétration-de la flamme en cas de solution de continuité dans le feutre d'amiante, par exemple par suite d'une détérioration légère en cours de stratification. Ces deux propriétés ne peuvent être assurées conjointement que par la structure la plus solide et le tissage le plus serré. Un tissu de verre constitué par -deux nappes égales posées l'une sur l'autre avec les sens des fils disposés à 900 satisfait ces deux exigences. Contrairement aux satins et aux toiles, aucun fil de la channe ne passe sous un ou plusieurs fils de la trame.Les fils ne présentent donc aucune sinuosité, la liaison des nappes de channe et de trame étant assurée par quelques fils d'attache ne participant pas à la résitance. Ce tissu, appelé "tissu carré" haut module, possède une résistance à peu près égale en chaîne et en trame ainsi qu'un maillage extrêmement serré. L'ensemble des tissus d'amiante et de verre est impré- gné par un mélange de résines qui aoit être ininflammable et permettre une mise en oeuvre dans les con@itions les plus économiques. Une résine polyester spécialement formulée et pouvant polymériser à l'ambiance est choisie à cet effet. D'une part, cette matière, bien que pouvant être moulée à chaud et sous pression pour le cas spécifiquement envisagé, est susceptible d'être utilisée pour de grandes pièces dont le moula- ge, en raison des dimensions desdites pièces, ne peut être réalisé qu'au contact et à l'ambiance. Pour des pièces présentant des grandes surfaces, un moulage sous pression et à chaud implique de grosses dépenses et il est toujours possible de stabiliser à chau@ en étuve des pièces polymérisées à l'ambiance. L'invention est donc applicable à toutes pièces sans restriction, en permettant toutefois un moulage à chaud dans les cas appropriés. D'autre part, les résines "polyesters" contrairement aux résines "époxy" sont de faibles prix, sont faciles à mettre en oeuvre par le moyen de catalyses variables suivant les caden- ces et les conditions climatiques et donnent des stratifies e qualité largement satisfaisante. De plus, la résine polyester choisie est ignifugée. Par introduction e chlore dans la molécule d'alcool, on obtient un polyester au diol chloré qui présente une structure à très gros noyaux, d'un haut poids moléculaire. Il protège les stratifiés contre l'hydrolyse et les rend particulièrement résistants à la corrosion. On admet généralement aujourd'hui que la combustion est une réaction en chaîne. La pyrolyse libère le chlore contenu dans la molécule @@ polyester ou, s'il y a présence d'eau, l'acide correspondant, chlore et acide groupés sous l'appellation d'halogène. Ce dernier agit comme interrupteur de chaîne et arrête la combustion en empêchant la formation @'oxygène. Si on incorpore une certaine quantité @'un composé de nature métallique ou métalloïdique, il se combine avec l'halogène pour donner un fumigène qui étouffera la flamme. Bien que le chlore contenu dans le polyester soit parfaitement stable sous la formule choisie, jusqu'à 200 C, sa libération lors de sa combustion peut être indésirable. En le c@mbinant avec un des composés indiqués ci-dessus, on augmente son efficacité et on diminue sa nocivité, à condition de choisir le composé additif de façon convenable.C'est pourquoi est adopté comme additif un hy@rate @'alumine dont la combinaison avec le chlore, quoique imparfaite ment connue, ne peut aonner au maximum qu'un chlorure d'alumine peu gênant. Cet hydrate d'alrnine se présente sous la forme d'une pouare de granulométrie très fine, et par conséquent est facile à disperser. Il va être indiqué ci-après un processus de fabrication d1 une pièce quelconque réalisée en stratifié au moyen d'un procé- dé de moulage au contact et sous pression, à titre j'exemple non limitatif. Préparation du moule Classiquement, sur un moule propre et sec, on passe une couche de cire et on lustre après séchage. Sur cette couche, on applique ensuite, au pinceau ou au pistolet, une couche d'alcool polyvinylique en solution aqueuse et on laisse sécher complètement. Préparation du mélange de résine Dans 100 parties en poids de résine polyester au diol chloré, on disperse lertement par agitation manuelle ou mécanique 15 parties en poids d'alumine hydratée jusqu'à homogénéité complète. On ajoute 0,) du poids de résine, d'un accélérateur qui peut entre du naphténate de cobalt à 6% de métal que l'on disperse entièrement. Au moment de ltemploi, on ajoute 0,6 à 1,5% du poids de résine, de catalyseur qui est, dans l'exemple cité, du peroxyde de méthyléthylcétone dilué à 50 dans le phtalate de diméthyle ou de dibutyle et l'on assure une dispersion complète. Préparation des tissus Découpage aux formes et cotes déterminées par la pièce à réaliser. Stratification On dépose une couche de résine,préparée comme indiqué ci-dessus, sur le moule. On applique contre le moule le tissu mixte d'amiante en veillant à ce que la face amiante de ce tissu vienne en contact de la couche de résine initialement déposée sur le moule. On poche le tissu pour imprégner la face amiante. Lorsque la résine apparat sur l'autre face de l'amiante, on dépose une couche de résine supplémentaire et on imprègne soigneusement la nappe de roving. Au cours de cette opération, il faut veiller à ne pas déplacer ou déchirer le voile d'amiante pour éviter les solutions de continuité,dans le bouclier pare-feu réalisé par l'amiante. On dépose ensuite une nouvelle couche de résine et on met en place une première couche de tissu de verre-qu'on imprègne par pochage. On dépose une deuxième couche de résine puis une deu- xième couche de tissu de verre qu'on imprègne comme précédemment. On met le contre--moule en place en le serrant très lentement pour éviter uî déplacement et une rupture de la nappe d'amiante. On laisse polymériser à l'ambiance pendant lO à 12 heu- res. Puis on cuit la pièce à 100 C pendant 2 heures pour la sta biaiser. Cette dernière opération se fait sans sortir la pièce du- moule afin d'éviter le gauchissement du stratifié pendant la cuisson, lequel gauchissement conduirait à un stratifié déséquilibré, l'ensemble des moules étant construit à partir de matériaux résistant à la chaleur. Ensuite on démoule la pièce qui subit alors les opérations classiques -;e finition telles que détourage, ponçage, masticage-, peinture qui ne posent aucun problème particulier. On a utilisé, dans le processus de fabrication que l'on vient de décrire, le procédé de moulage au contact et sous pres sion c'est-à-diré avec moule et contre-moule. Dans un autre procédé utilisé, par exemple un moulage au contact et par dépression, en s'arrangeant toujours pour que la face de la pièce exposée au feu soit réalisée au contact du moule, on conserve le schéma des opérations ci-dessus décrites. On apporte les variations suivantes : - après imprégnation de la deuxième couche de tissu de verre, on met le sac à vide en place. Après avoir étanché les borWres, on branche le circuit de viae. - après polymérisation, on cuit la pièce dans les mêmes con@itions de température et de durée mais en la disposant sur un conformateur pour éviter le gauchissement du stratifié au cours e la cuisson. On -obtient ure pièce réalisée en un stratifié composé de deux couches de tissu e verre et alumine couche de tissu mixte d'amiante imprégnées d'un mélange de résine polyester au diol chloré et d'hydrate d'alumine. Une telle pièce soumise à une flamme de 920 C pendant 15 secondes ne s'enflamme pas et ne présente en outre aucune trace de flamme. Elle est donc ininflammable. Si on la soumet a une flamme de 10900C pendant 15 minutes, on peut noter que - a aucun-moment la flamme ne perrore le stratifié. - une émission de fumée assez importante (fonction fumigène obligatoire)@a lieu du dcté de la flamme pendant 3 ou 4 minutes (temps de carbonisation de la rc'sire). - cette fumée diminue rapidement en densité et devient presque inexistante. - une très faible partie ae fumée seulement passe à travers le stratifié. - la nappe d'amiante n'a pratiquement pas subi de dété- rioration. Elle aurait pu remplir son rôle pendant un temps plus long. - le produit obtenu conserve une résistance résiduelle considérée comme importante en raison de la sévérité du test et continue à isoler de la flamme. Par rapport à une pièce réalisée en une matière traditionnelle telle que l'acier inoxydable avec une épaisseur de tôle ae 5 dixièmes de millimètre, dont le poids au mètre carré est de 3,9 kg et le cotit en main d'oeuvre est de 4 heures, une pièce en stratifié pèse 2,5 kg au mètre carré et ne cotte que 2 heures en main d'oeuvre. Une telle pièce pèse 1,58 fois moins que la pièce en acier inoxydable et revient deux fois moins cher en main d'oeuvre pour des prix de matières sensiblement identiques. De plus, il n'est plus nécessaire de prévoir une insonorisation, ce produit amortissant de lui-même les vibrations acoustiques, ce qui conduit à une économie supplémentaire. Les normes d'appréciation des qualités de oes produits, définissant la tenue au feu des matériels utilisés dans la construction aéronautique comprennent la NORME AIR 0978/A dans les conditions précisées ci-dessus. Mais la définition des qualités résiduelles d'un produit dit "A l'épreuve du feu ntest pas clai- rement indiquée dans les termes de cette NORME AIR 0978/A. On a complété cette définition en citant les conditions du règlement FAR-23 (FEDERAL AVIATION REGULATIONS) paragraphe 23.1191, conditions qui apparaissent également ci-dessus. En ce qui concerne les feutres d'amiante et les tissus de fils de verre, il est précisé que le complexe composé d'un A d'amiante lié à une nappe de roving de verre unidirectionnel est produit sous le nom d'UDI-ASBESTOS par la Société NV. SYNCOGLAS à ZELE (Belgique). Il existe plusieurs qualités dans lesquelles le support en verre est de différentes épaisseur, le mât d'amiante étant toujours le même et pesant 75 g/m2. Les complexes produits pèsent respectivement 1035, 910, 685 et 490 g7m2. Le plus léger : 490 g/m2 = 415 g/m2 (nappe de roving) + 75 g/m2 (mât d'amiante) dont la désignation exacte est la suivante : UDI-ASBESTOS-U.610/A.75 - UDA 490 a été choisi. Le mat d'amiante peut avoir 2 à 3 dixièmes de millimètre @'épaisseur, il a l'aspect du papier buvard, il est non tissé, l'amiante étant rarement trouvée sous cette forme de feutre ncn tissé. Le tissu de verre est connu sous le nom de Tissu TEXTIGLAS haut module 417 - DUT 136 Ses caractéristiques nrincipales sont - épaisseur : 23/100ème ae mm - poids au m2 : 325 g - résistance en chaîne du tissu sec sur une largeur de 5 cm : 360 kg - résistance en trame du tissu sec sur une largeur de 5 cm : 310 kg - fournisseur : Société GENIN (Villeurbanne). Les résines polyesters au diol chloré peuvent être celles qui sont connues sous le norl e POLYESTER ERVAPON IF.220 produit par la Société PLASTIMER (Clichy). Pour obtenir une qualité de résine ignifugée, le produit halogène le plus fréquemment utilisé est le chlore qui peut être introduit dans la résine sous les différentes formes sui vante - par mélange, au moment de l'emploi, sous forme de parafine chlorée l'addition est longue et le mélange n'est pas homogène à 100%. La stabilité du produit fini n'est pas parfaite. - par introduction du chlore ans la molécule d'aciae, au moment de la fabrication de la résine. La résistance du produit fini est relativement faible vis-à- vis des rayons ultra vi@lets. -par introduction du chlore dans la molécule d'alcool comme indiq@ ci-dessus -- . la réaction donnant un produit moins dangereux. Efin, le composé additi@ choisi est un hydrate d'alumine vendu sous l'appellation ALCABA D. n 4 et fourni par la Société UGINE - KUHLMANN. - REVENDICATIQNS 1. - Produit à l'épreuve du feu destiné à entrer dans la réalisation de carénages et de cloisons pare-feu, carac térisé par le fait qu'il est constitué par un stratifié composé d'une couche de tissu d'amiante et de deux couches de tissu de verre imprégnées de résinerignifuge. 2. - Produit selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le tissu d'amiante est un feutre. D. - Produit à l'épreuve du feu selon la revendica tion 1, caractérisé par le fait que le tissu d'amiante est cons titué par une nappe de fibres d'amiante liée à une nappe de roving de verre unidirectionnel. 4. - Produit à l'épreuve du feu selon la revendica tion 1, caractérisé par le fait que le tissu de verre est consti tué par deux nappes égales posées l'une sur l'autre avec des fils disposés à 900. 5. - Produit à l'épreuve du feu selon la revendica tion 1, caractérisé par le fait que la résine est constituée par le mélange d'une résine polyester au diol chloré-et d'un hydrate d'alumine. 6o - Procédé de fabrication d'un produit à l'épreuve du feu selon la revendication 1 > consistant à préparer une compo sition contenant une résine polyester au diol chlore et de l'hy drate d'alumine dans la proportion de 15 parties pondérales d'hydrate d'alumine pour 100 parties pondérales de résine poly ester, à appliquer une première couche de ladite composition sur la surface d'un moule préalablement revêtue de son agent de démou lage, à déposer une couche de tissu d'amiante, à appliquer succes sivement une deuxième couche de ladite composition sur ledit tissu puis une troisieme couche, à mettre en place une première couche de tissu de verre, à appliquer une quatrième couche de ladite com position, à mettre en place une deuxième couche dudit tissu de verre, puis à polymériser à l'ambiance pendant 10 heures, enfin à cuire l'ensemble pendant 2 heures à une température de 1000 C. 7. - Pièces à l'épreuve du feu sur véhicules, notamment aérodynes, et ces véhicules eux-mêmes, comportant des produits selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 et fabriquées selon la revendication 6.