Brevet FR2532587A1 — publié le 19840309

25325-87 L'invention concerne un stratifié résistant à la cha- leur. Uné forme largement utilisée de stratifié résistant à la chaleur est formée d'un feutre de fibres d'-amiante, un feutre étant un mat de fibres ou filaments enchevêtrés au hasard On fabrique ce stratifié connu en imprégnant le feu- tre d'amiante d'une résine thermodurcissable (en particulier d'une résine phénol-formaldéhyde thermodurcissable) et en chauffant sous pression un certain nombre de feuilles de feutre imprégnées s L Ierposées pour former un stratifié dans lequel les fibres d'amiante sont liées entre elles par de la résine durcie. L'invention propose un stratifié résistant à la chaleur qui n'est pas à base de fibre d'amiante mais qui a tout de même un pouvoir isolant comparable et une résistance compa- rable à l'érosion par des gaz chauds à grande vitesse En outre, le stratifié ne nécessite pas de fibresde renforce- ment relativement coûteuses telles que la fibre de carbone ou les fibres de nitrure de bore ou de silice pure. A cet effet l'invention concerne un stratifié résistant à la chaleur caractérisé par le fait qu'il comprend des cou- ches de feutre de fibres vitreuses incluant au moins une ou plusieurs couches de feutre de fibres de liber, les couches étant liées entre elles par une résine thermodurcissable que l'on a thermodurcie sous pression. Les fibres vitreuses dont est formé le feutre de fibres vitreuses peuvent être formées de chaux sodée, de borosili- cate alcalin inférieur, d'un mélange d'aluminoborosilicates alcalins ou de verre d'aluminosilicate de magnésium, ou bien elles peuvent être des fibres de laines minérales expansées tirées de laitiers métallifères fondus ou de roche fondue telle que le basalte - Le feutre de fibres vitreuses peut être-un feutre que l'on fabrique en déposant une couche de filament continu disposé au hasard ou en déposant au hasard du filament con- tinu haché ou-des fibres expansées En vue de la manipula- tion, on peut lier la couche de fibres lors de sa formation ou peu de temps après, avec au maximum environ 5 % en poids d'un liant organique tel qu'une résine phénol-formaldéhyde, une solution aqueuse de sodiumcarboxy-méthylcellulose, une solution aqueuse d'alcool polyvinylique ou des solutions aqueuses de gommes et amidons naturels On peut aussi utili- ser un feutre fabriqué par simple liaison mécanique, par exem- ple par aiguilletage, facultativement avec un canevas léger textile de renforcement pour assurer une résistance suffisan- te pour supporter les opérations d'immersion, de raclage et de prédurcissement à exécuter par la suite. De préférence, le feutre de fibres vitreuses est formé de multifilament ("toron") de verre E, particulièrement sous la forme d'un feutre aiguilleté - Les fibres de liber (c'est-à-dire fibres de cellulose tirées de l'écorce intérieure ou des feuilles des plantes) dont est formé le feutre de fibres de liber peuvent être des fibres de jute, de sisal, de chanvre, de lin, de feuille de bananier, de noix de coco, de coir ou de mélanges de ces ma- tières. Le feutre de fibres de liber peut être un feutre fabri- qué par cardage, retrait des matières étrangères de déchets textiles, réduction de déchets textiles à une forme fibreuse, ou dépôt des fibres dans l'air et liaison de celles-ci lors de leur formation ou peu de temps après, avec une petite pro- portion d'un liant organique, ou un feutre fabriqué par de simples moyens nécai- ques, par exemple par aiguilletage Il est très commode d'utiliser des déchets d'étoffe de jute ai- guilletée, qui se trouvent dans le commerce comme assise peu coûteuse pour tapis. La résine thermodurcissable utilisée comme liant dans le stratifié est avantageusement une résine phénol-formaldéhyde qui peut être dérivée du phénol lui-même ou d'un phénol subs- titué tel que le crésol ou une résine que l'on obtient en faisant réagir le formaldéhyde sur une résine phénol-aralkyle (une résine aralkyle étant une résine dans laquelle des noyaux phénoliques sont liés ensemble par des résidus aralkyle du type -CH 2-arylène-CH 2-), des résines d'époxyde ou des résines de furanne Des résines préférentielles sont les résols, que l'on obtient en condensant un phénol avec un excès (plus d'une 2532587- proportion molaire) de formaldéhyde, en milieu alcalin. La résine durcie forme avantageusement 30 à 60 % (en so- lides secs) du poids du produit stratifié résistant à la cha- leur. Pour fabriquer le stratifié, on constitue une pile or- donnée de couches de feutre de fibres vitreuses et de feutre de fibres de liber imprégnées de résine thermodurcissable et on comprime'la pile à une pression de 1 à 15 M Pa et à une température de 130 à 180 C pendant un temps approprié (habi- tuellement 15 à 60 minutes) pour durcir complètement la ré- sine L'ordonnement le plus simple de la pile est V-B-V (V = feutre de fibres vitreuses et B = feutre de fibres de liber),mais si on le désire, on peut utiliser des dispositions plus complexes de 5 couches (par exemple V-B-V-B-V) ou davan- tage. Pour déterminer les propriétés de résistance à la chaleur du stratifié, on utilise la méthode d'essai suivante, qui est une version modifiée (simplifiée, spécialement pour diminuer la consommation de gaz) de la méthode de sélection décrite dans la norme connue dans la technique sous la désignation ASTM E-285-70. L'appareil utilisé comprend un chalumeau soudeur oxyacé- tylénique connu dans la technique sous le vocable BOC Sapphire DH laissant passer de l'acétylène à 34 k Pa et de l'oxygène à 69 k Pa à travers une buse légère étampée de tail- le 25, serrée fermement en dessous d'une extrémité d'une hotte d'extraction de sorte que la flamme est horizontale, et un porteéprouvette permettant de supporter les bords verticaux d'une éprouvette carrée de 120 mm de côté montée verticale- ment sur un chariot pouvant se mouvoir sur une voie On monte l'éprouvette de façon telle que la flamme l'atteigne en son centre et perpendiculairementg le bout du chalumeau étant à 14,5 mm de la face de l'éprouvette On utilise un thermocou- ple Chromel-Alumel brasé sur un disque de cuivre d'environ 6 mm de diamètre, avec un enregistreur à traceur pour mesu- rer la température de la face postérieure et on le maintient sur le centre de l'éprouvette au moyen d'un support en céra- mique sollicité par ressort. On mesure et on enregistre l'épaisseur au centre de tou- tes les éprouvettes à essayer (les éprouvettes doivent avoir 4 à 5 mm d'épaisseur x 120 x 120 mm). On serre fermement sur le porte-éprouvette une éprouvet- te de la matière à essayer et on place le thermocouple en position centrée sur la face postérieure de l'éprouvette On éloigne alors le chariot du chalumeau soudeur dans la mesure permise par la longueur de la voie et on allume le chalumeau. On place un écran de sécurité en face de la hotte-d'extrac- tion On déplace rapidement le chariot jusqu'à sa butée et on met en marche l'enregistreur et un chronomètre aussitôt que l'éprouvette est en position Pour permettre d'observer la percée et aussi pour éviter d'endommager le thermocouple, on éloigne celui-ci aussitôt que la température de la face postérieure commence à s'élever rapidement On arrête l'en- registreur et le chronomètre et on éloigne l'éprouvette de la flammeaussitôt que l'on voit une percée On enregistre le temps de percée et on calcule l'indice d'isolation et la vi- tesse d'érosion correspondante. Calcul des résultats (a) Indice d'isolation. Pour calculer l'indice d'isolation de chaque éprouvette à la température T, on divise le temps que met la température de la face postérieure à atteindre T par l'épaisseur primiti- ve de l'éprouvette Donc t IT IT d IT étant l'indice d'isolation (s/mm) à la température T, t T étant le temps (en secondes) que met la face postérieure à atteindre la température T d étant l'épaisseur de l'éprouvette (mm). (b) Vitesse d'érosion. Pour calculer la vitesse d'érosion de chaque-éprouvette, on divise l'épaisseur primitive de l'éprouvette par le temps de percée. d d E t BT E étant la vitesse d'érosion ( 41/s) d étant l'épaisseur de l'éprouvette (Fm) t BT étant le temps de percée (s) L'invention sera maintenant illustrée par l'exemple sui- vant On prend une étoffe de verre commerciale aiguilletée, renforcée par du canevas -léger, fabriquée en partant d'un toron de verre E haché (poids de l'étoffe: 600 g/m 2) du gen- re utilisé dans la construction de panneaux, dans l'industrie automobile et les constructions navales et on la coupe en feuilles mesurant 200 m x 100 mm et on plonge les feuilles dans une solution aqueuse de résol phênol-formaldéhyde com- mercial ayant les propriétés suivantes Teneur en solides: 45 % en poids; densité 1,14 à 25 C viscosité 0,025 Pa S à 250 C; p H 8,6; temps de gélification 7 à 11 minutes à 130 Co De façon similaire, on imprègne de la résine phénol- formaldéhyde des feuilles mesurant 200 mm x 200 mm, formées de déchets d'étoffe de jute aiguilletée et renforcée de cane- vas léger (poids 680 g/m 2) du genre utilisé comme assise de tapis domestique. On enserre les deux types de feuille imprégnée entre des rouleaux pour laisser une teneur en solution de résine repré- sentant 65 % du poids-de la feuille imprégnée On sèche alors les feuilles et on les chauffe ( 100 C pendant 20 minutes) dans un four à circulation d'air pour durcir partiellement la résine et réduire son adhésivité, permettant ainsi une manipulation facile. A On empile alors l'une-sur l'autre sept des feuilles imprégnées ( 4 à base de fibres vitreuses, 3 à base de fibre de liber),-dans l'ordre V-B-V-B-V-B-V,, pour former un strati- fié à-sept couches et on durcit la pile dans une pressé clas- sique entre des plateaux réglés à un espacement de 4 mm et chauffés à 150 C La pression appliquée est de 7,6 M Pa et le temps de durcissement sous pression est de 30 minutes Le stratifié rigide obtenu, qui est entièrement exempt de gau- chissement, a une teneur en résine durcie d'environ 40 % de son poids total Il a une résistance à la traction de 53 M Pa, un module de traction de-11,9 G Pa, une résistance à la com- pression de 174 M Paetune résistance au choc Izod de 427 J/m. Sa masse volumique est de 1,55 g/cm B On prépare de façon similaire un stratifié rigide à trois couches exempt de stratifié en partant de 7 feuilles imprégnées empilées dans l'ordre V-V-B-B-B-V-V Il a une ré- sistance à la traction de 99 M Pag un module de traction de ,9 G Pa, une résistance à la compression de 246 M Pa et une résistance au choc Izod de 381 J/m Sa masse volumique est de 1,55 g/cmo On soumet au processus d'essai décrit plus haut des éprouvettes mesurant 120 x 120 x 4 mm des stratifiés rigides préparés selon A et B et d'après les résultats, on calcule l'indice d'isolation et la vitesse d'érosion Ils sont indi- qués au tableau ci-après, en comparaison des valeurs corres- pondantes obtenues avec des éprouvettes de 120 x 120 x 4 mm de: 1) Le stratifié phénol-formaldéhyde à base d'amiante qui se trouve dans le commerce sous la désignation "Durestos RA 1 " (Durestos est une marque déposée). 2) Un stratifié formé seulement de 7 feuilles de l'étof- fe de verre aiguilletée, imprégnées de résine phénol-formal- déhyde. 3) Un stratifié formé seulement de 7 feuilles de l'étof- fe de jute aiguilleté, imprégnées de résine phénol-formaldé- hyde. Le tableau indique que la vitesse d'érosion du stratifié préparé selon B est un peu meilleure que celle du stratifié préparé selon A Les deux stratifiés sont comparables, en ce qui concerne leurs propriétés utiles, au stratifié connu à base d'amiante et tous deux, de façon inattendue, sont supé- rieurs au stratifié tiré de feutre d'un seul type (c'est-à- dire du feutre de fibres vitreuses seulement ou du feutre de liber seulement). Voir tableau page 7 Indice d'isolation (s/mm) à Vitesse Mati ère d'érosion ___________ 600 C 80 01 C 10001 C 1800 C percée taum/s Amiante/ phenolique j 4,5 5,5 6,6 11,0 15,5 60 Exemple A 5,4 6,1 6,9 9,4 15,0 72 Exemple B 7,2 8,7 9,7 12,5 17,0 60 verre/l phénolique 5,5 6,1 6,7 8,1 11, 0 90 Jute/ phénolique 6,5 6,9 v 7,2 7 '1 l 7,7 132 REVENDICATIONS 1 Stratifié résistant à la chaleur, caractérisé par le fait qu'il comprend des couches de feutre de fibres vitreu- ses incluant au moins une couche de feutre de fibres de liber, les couches étant liées entre elles par une résine thermo- durcissable que l'on a thermodurcie sous pression. 2 Stratifié selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le feutre vitreux est un feutre aiguilleté. 3 Stratifié selon l'une des revendications 1 et 2, ca- ractérisé par le fait que le feutre de fibres vitreuses est formé de multifilament de verre E. 4 Stratifié selon l'une des revendications 1 à 3, ca- ractérisé par le fait que le feutre de fibres de liber est un feutre aiguilleté. 5 Stratifié selon l'une des revendications 1 à 4, ca- ractérisé par le fait que le feutre de fibres de liber est formé de jute. 6 Stratifié selon l'une des revendications l à 5, ca- ractérisé par le fait que la résine est une résine phénol- formadéhyde. 7 Stratifié sélon la revendication 6, caractérisé par le fait que la résine est une résine de condensation alcali- ne.