Brevet FR2547895A1 — publié le 19841228

La présente invention concerne un ensemble composite formant écran de protection ou de dissipation thermique. La Demanderesse a déjà décrit dans sa demande de brevet français N 81 16 303 du 26 août 1981, un écran de protection ou de dissipation thermique comprenant une paroi chaude et une paroi froide essentiellement caractérisé par le fait qu'il comprend entre la paroichaude et la paroi froide un matériau souple du type nappe, mat, 10 réseau de fibres servant de support ou d'armature à un matériau pulvérulent susceptible d'absorber et de retenir un liquide pour donner une pâte ou un gel à haut rendement thixotrope, cet élément dit "hydrateur-surchauffeur" en présence dudit liquide, évoluant de la fonction hydra15 teur vers la fonction surchauffeur selon le déroulement de l'agression thermique. Un tel écran donne entière satisfaction dans le cas d'une température de protection donnée recherchée, cette température correspondant à la température de vapo20 risation du liquide inclus dans l'hydrateur-surchauffeur. Or, il est des cas o il serait intéressant et fort utile d'avoir la possibilité non seulement de disposer d'une gamme plus étendue des températures de protection ou de stabilisation de la paroi à protéger, mais égale25 ment de prolonger de façon notable la durée de protection. La présente invention répond à ces besoins et fournit un moyen de protection capable, en face d'une agression thermique, de stabiliser la température à des niveaux différents et dégressifs en partant de la face chaude (zone affectée par l'agression thermique) vers la face froide délimitant la zone à protéger. Ce moyen selon l'invention consiste en un ensemble composite formant écran de protection ou de dissipation thermique comprenant une paroi chaude et une paroi froide essentiellement caractérisé par le fait qu'il comporte entre ladite paroi chaude et ladite paroi froide au moins deux éléments adjacents dits "vaporiseurssurchauffeurs" en matériau souple, rigide ou rigidifié renfermant chacun en son sein une substance capable de dégager à une température donnée propre à chaque élément un gaz ou une vapeur ininflammable, chaque élément étant séparé de l'autre par une paroi souple ou rigide étanche à la température de dégagement de vapeur ou de gaz de l'élément situé le plus près de ladite paroi chaude mais susceptible de devenir poreux dès que cette température est dépassée, chaque élément, par suite de la présence de ladite substance, évoluant de la fonction "vaporiseur" vers la fonction "surchauffeur" selon le déroulement de 15 l'agression thermique à laquelle il est soumis. Suivant d'autres caractéristiques: Le matériau souple d'un élément dit "vaporiseursurchauffeur" peut être du type nappe, mat, réseau de fibres servant de support à la substance susceptible de 20 donner un gaz ou une vapeur à une température donnée. Le matériau rigide ou rigidifié d'un élément dit "vaporiseurrsurchauffeur' peut être un matériau naturel ou synthétique pour servir de support mécanique, ou par absorption, adsorption, capillarité et autre phéno25 mène à ladite substance donnant le gaz ou la vapeur à la température en cause. Comme exemples de tels matériaux, on peut citer: une composition colloïdale comme la silice colloadale absorbant ou retenant un liquide pour donner une pâte 30 ou un gel à haut rendement thixotrope; les fibres, toiles, tissus de fibres réfractaires telles que de roche, de céramique et analogues, tous polymères élastomères ou non, tels que de silicone, armés ou non de fibres, de toiles, ou de tissus réfractaires et analogues: 35 La substance présente au sein de chaque élément dit "vaporiseur-surchauffeur" peut être une substance liquide ou solide vaporisable ou sublimable à une température donnée. Le choix de la substance liquide ou solide vaporisable ou sublimable donnant des gaz ou des vapeurs ininflammables est fonction de la température de stabilisation recherchée et ce choix est à la portée de tout homme de l'art. On peut citer à titre d'exemple, l'eau, les liquides ou solutions organiques ou minérales ininflammables, les solides minéraux ou organiques sublimables tels que notamment le carbonate d'ammonium et analogues. Le premier des-éléments "vaporiseurs-surchauffeurs" est disposé en sandwich entre ladite paroi souple ou rigide étanche le séparant de l'élément "vaporiseur-surchauffeur" suivant immédiatement adjacent et un élément de revêtement constituant la face externe de l'écran terminé et le dernier 15 de ces éléments "vaporiseurs-surchauffeurs" est disposé en sandwich entre la paroi souple ou rigide étanche le séparant de l'élément "vaporiseur-surchauffeur" immédiatement adjacent le précédant et un élément de revêtement en contact intime de la face froide de l'élément à protéger; Les éléments de revêtement sont constitués par des matériaux synthétiques, élastomères ou non armés ou non de matériaux fibreux; L'élément constituant la face externe de l'écran terminé peut contenir un matériau donnant, avec le gaz ou la vapeur surchauffée provenant du vaporiseur-surchauffeur qui lui est imnmédiatement sous-jacent, une réaction endothermique. Comme exemple d'un tel matériau, on peut citer le carbone donnant avec la vapeur d'eau une réaction endother30 mique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre faite en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue en coupe d'un écran de protection composite selon l'invention; et la figure 2 est une courbe illustrant les avantages résultant de l'application d'un écran selon l'invention. En se référant à la figure 1, on a représenté, en coupe et schématiquementîl'élément à protéger 6 sur lequel est appliquée par tout moyen connu en soi, tel que, par collage, enduction ou autre, une couche de revête5 ment 5 Cette couche de revêtement sert elle-même de support à un premier élément dit vaporiseur-surchauffeur 4 par exemple constitué par un matériau souple armé ou non ou rigidifié avantageusement fibreux du type nappe ou mat à base de fibres naturelles ou synthétiques, toiles, tissus de fibres réfractaires telles que de roche, de céramique et analogues, matériau contenant en son sein ou auquel se trouve incorporée une substance liquide, pâteuse ou solide dont la température de vaporisation ou de sublimation est fonction de la température à laquelle 15 on désire que l'élément à protéger ( 6) soit maintenu. Si cette température est par exemple de 60 C, on pourra avantageusement utiliser une composition à base de carbonate d'ammonium dont la température de décomposition rapide est voisine de 60 C, cette décomposition 20 donnant du CO 2, de l'eau et du gaz ammoniac. Cet élément vaporiseur-surchauffeur 4 est à son tour revêtu d'une couche de revêtement 3 de structure ou de constitution pouvant être identiques ou différentes de celles de la couche 5 Toutefois, ce revêtement 3 devra être étanche à la température de stabilisation obtenue par l'élément vaporiseur-surchauffeur 2 (décrit ciaprès) qui lui est immédiatement adjacent conformément à l'invention, mais devra devenir poreux dès que cette température sera dépassée Parmi les matériaux auxquels 30 on pourra faire appel pour ce ou ces revêtements, on peut citer avantageusement tous polymères, élastomères ou non, armés ou non de fibres réfractaires sous forme de mat, de feutre ou de tissus d'un réfractaire, de quartz ou similaire Dans le cas par exemple d'une température 35 de stabilisation de 100 C désirée pour ce second vaporiseur-surchauffeur 2, on pourra utiliser un matériau à base de polyéthylène dit "basse température" ou analogue. Ce matériau est conmme on le voit fonction de cette seconde température et devra satisfaire les deux conditions de caractéristiques et de comportement précisées ci-dessus. Cette couche est appliquée par collage ou autrement par tout moyen approprié respectivement sur l'élé5 ment 4 et sur l'élément 2 décrit ciaprès. Ce dernier qui constitue le second vaporiseursurchauffeur selon l'invention peut être constitué comme le premier élément vaporiseursurchauffeur 4 mais il contiendra en son sein une substance ou une composition dont la température de vaporisation ou de sublimation est supérieure à celle présente dans ledit élément 4 C'est ainsi que l'on atteindra une température de stabilisation, par exemple de 100 C pour ce second élément vaporiseur-surchauffeur, en utilisant de l'eau admise 15 directement sur le matériau constitutif de cet élément ou amenée, comme dans le cas de l'écran décrit dans le brevet français no 81 16 303 rappelé ci-dessus, sous forme d'un gel ou d'une pâte à haut rendement thixotrope. Ce second élément vaporiseur-surchauffeur 2 est lui-même revêtu d'une couche de revêtement 1 de structure ou de constitution pouvant être identiques ou différentes de celles des couches 5 et 3 Ce revêtement 1 constituera la face externe de l'écran terminé comme illustré à titre d'exemple sur la figure 1 ou bien constituera une paroi de séparation entre l'élément vaporiseur-surchauffeur 2 et un troisième élément, conformément à l'invention, de même type que les deux éléments 4 et 2 mais renfermant alors une substance dont la température de vaporisation ou de décomposition sera supérieure à celle présente dans 30 l'élément vaporiseur-surchauffeur 2 Ce troisième élément sera à son tour revêtu d'une couche analogue à la couche 1. Comme on le voit le nombre d'éléments vaporiseurssurchauffeurs peut être multiplié à volonté suivant le résultat recherché. En prenant donc comme exemple l'écran à deux éléments vaporiseurssurchauffeurs décrit et illustré ici, le phénomène auquel on assiste est le suivant en prenant le cas o l'élément vaporiseur-surchauffeur 2 est à base d'un gel aqueux de silice colloïdale et l'élément vaporiseursurchauffeur 4 est à base de carbonate d'ammonium. Lorsque la face externe 1 de l'écran est soumise à l'agression d'un flux thermique intense (température de 1100 C environ, l'essai étant effectué à la pression atmosphérique, ce -flux thermique atteignant l'élément vaporiseur-surchauffeur 2 déclenche, d'une part, à la pression considérée, la vaporisation du liquide contenu au sein de cet élément (c'est-à-dire l'eau dans le cas de l'exemple choisi) et, d'autre part, la surchauffe de la vapeur ainsi produite qui évacue alors le maximum de calories à travers le revêteent 1 devenu poreux sous l'effet de ladite agression themique, de ce fait l'évaporation s'effectue sans augmentation de la pression interne du matériau. Ainsi, dans ce processus de vaporisation avec sur15 chauffe, cette surchauffe produit une augmentation d'enthalpie qui est donnée par la différence entre la température stabilisée de la vapeur au niveau du revêtement 3 jouant dans un premier temps le rôle de paroi froide et la température maximale de ladite vapeur à sa sortie 20 de l'écran thermique De ce fait, on comprendra aisément que plus le flux d'agression thermique est important plus la quantité de calories évacuées parla matière active (vaporisable) sera importante De plus, on réalise une stabilisation thermique efficace dans laquelle la tempéra25 ture la plus basse ne dépasse pas la température de vaporisation de la substance vaporisable (ou sublimable) incluse dans le vaporiseur-surchauffeur 2 et ce pendant toute la durée de cette vaporisation (ou sublimation) soit, par exemple, 100 C pour l'eau à la pression atmos30 phérique de 1 bar et pendant une durée directement proportionnelle à la quantité de cette eau incluse dans ledit vaporiseur-surchauffeur qui est alors hydrateur-surchauffeur quelle que soit l'agression thermique. Une fois donc cette eau disparue, la température 35 de la zone située audessus du revêtement 3 augmente considérablement et constitue une agression thermique pour ledit revêtement qui devient poreux pour atteindre l'élément vaporiseur-surchauffeur suivant, à savoir l'élément 4 dans le cas de l'exemple considéré ici Cela déclenche, d'une part, par un phénomène analogue à celui décrit cidessus,la vaporisation ou la sublimation du composé actif présent dans cet élément 4 (ici la sublimation du carbo5 nate d'ammonium) et, d'autre part, la surchauffe des vapeurs ou gaz produits qui évacuent alors à leur tour le maximum de calories à travers le revêtement 3 devenu poreux sous l'effet de ladite agression thermique Le processus se poursuit comme dans le cas précédemment dé10 crit pour l'élément 2. Une nouvelle stabilisation thermique est réalisée par ce second processus, stabilisation dans laquelle la température la plus basse est celle de la décomposition du carbonate d'ammonium présent dans ledit élément vapo15 riseur-surchauffeur 4 soit de l'ordre de 60 C alors que l'agression du flux thermique initial est toujours de l'ordre de 1100 C et plus L'élément à protéger 6 ne sera donc soumis qu'à une température de 60 C pendant toute la durée pendant laquelle du carbonate d'ammonium se trouve 20 encore présent dans l'élément 4. Un essai réalisé en laboratoire sur un écran du type ci-dessus (à deux éléments vaporiseurs-surchauffeurs) de 2 cm d'épaisseur ( 1 cm pour chaque élément) a donné les résultats illustrés par les courbes de la figure 2, 25 lorsque cet écran a été exposé à une agression thermique de 1100 C. Sur cette figure: T 1 est la température mesurée sur la paroi d'étanchéité interne 3. T 2 est la température mesurée sur la paroi froide 5. Un essai analogue a également été effectué dans les mêmes conditions sur un écran de 2 cm à un seul élément hydrateursurchauffeur conforme au brevet français 35 N 81 16 303 On a obtenu la courbe T 3. L'intérêt de l'invention apparaît alors nettement à l'homme de l'art du fait de la possibilité de stabilisation de la température à des niveaux différents et dégressifs par suite de la réalisation de plusieurs éléments vaporiseurs-surchauffeurs présentant chacun sa propre température de stabilisation. Il en résulte les avantages suivants que ne pro5 curent pas les écrans thermiques actuellement connus Plus grand choix dans la température de stabilisation de la paroi à protéger; Prolongation notable de la durée de protection en basse température grâce à l'addition de deux phénomènes 10 physiques à savoir: a) éviter la vaporisation rapide des produits ayant la plus basse température d'ébullition de décomposition ou de sublimation en ne les exposant qu'à une agression thermique atténuée température stabilisée et connue). 15 b) surchauffer au maximum les gaz ou vapeurs des produits ayant la plus basse température d'ébullition de décomposition ou de sublimation en les obligeant à traverser les différents éléments vaporiseurs-surchauffeurs les précédant et qui les séparent de la face chaude 20 soumise à l'agression thermique la plus intense. Comme dans le cas d'un écran réalisé selon le brevet N 81 16 303, la dissipation des calories peut encore être augmentée en choisissant, pour les éléments de revêtements des vaporiseurs-surchauffeursdes maté25 riaux élastomères devenant nécessairement poreux aux températures élevées de l'agression thermique à laquelle ils sont soumis et, de plus, susceptibles de s'expanser facilitant ainsi cette dissipation. De même, ces éléments de revêtement et d'étanchéité 30 pourront comporter une substance à base de carbone qui, en présence de vapeurs d'eau, donne une réaction fortement endothermique entrainant de ce fait les calories à éliminer. Procurant ainsi la possibilité d'une stabilisation 35 thermique à des températures relativement basses, fonction de la nature de la substance incluse dans le dernier élément vaporiseur-surchauffeur au contact intime de la paroi à protéger, l'invention trouve des applications telles que: Protection contre l'incendie des mémoires bandes magnétiques; Protection des matériels électroniques sensibles; et d'une manière générale, Protection de tout produit ou matériel susceptible d'être détérioré par des températures supérieures aux températures de l'ordre de 30 à 60 C. Il va du reste de soi que la présente invention 10 n'a été décrite qu'à titre purement explicatif et nullement limitatif et que toute modification utile pourra y être apportée sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 Ensemble composite formant écran de protection ou de dissipation thermique comprenant une paroi chaude et uhe paroi froide, essentiellement caractérisé par le fait qu'il comporte, entre ladite paroi chaude ( 1) et ladite paroi froide ( 6) au moins deux éléments adjacents dits "vaporiseurs-surchauffeurs'( 2-4) en matériau souple, rigide ou rigidifié renfermant chacun en son sein une substance dite "réactive" capable de dégager à une tempé10 rature donnée, propre à chaque élément, un gaz ou une vapeur ininflammable, chacun de ces éléments ( 2-4) étant séparé de l'autre par une paroi souple ou rigide ( 3) étanche à la température de dégagement de vapeur ou de gaz de l'élément situé le plus près de ladite paroi chaude mais 15 susceptible de devenir poreux dès que cette température est dépassée, chaque élément ( 2-4) par suite de la présence de ladite substance réactive, évoluant de la fonction "vaporiseur" vers la fonction 'surchauffeur" selon le déroulement de l'agression thermique à laquelle il est 20 soumis. 2 Ensemble composite selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le matériau souple d'un élément vaporiseur-surchauffeur ( 2-4) peut être du type nappe, mat, réseau de fibres servant de support à la substance susceptible de donner un gaz ou une vapeur à une température donnée. 3 Ensemble composite selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le matériau rigide ou rigidifié d'un élément vaporiseur-surchauffeur peut être un matériau 30 naturel ou synthétique pour servir de support mécanique ou par absorption, adsorption, capillarité et autre phénomène à ladite substance donnant le gaz ou la vapeur à la température en cause. 4 Ensemble composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le matériau entrant dans la composition d'un élément vaporiseursurchauffeur peut être:une composition colloidale absorbant ou retenant un liquide pour donner une pâte ou un gel à haut rendement thixotrope; les fibres, toiles, tissus de fibres réfractaires telles que roche, de céramique et analogues; tous polymères élastomères ou non, tels que de silicone, armés ou non de fibres, de toiles ou de tissus réfractaires et analogues. Ensemble composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la substance présente au sein de chaque élément vaporiseursurchauffeur ( 2-4) peut être une substance liquide ou solide vaporisable ou sublimable à une température donnée. 6 Ensemble composite selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite substance peut être choisie parmi l'eau, les liquides ou solutions organiques ou minérales ininflammables, les solides minéraux ou organiques sublimables tels que notamment le carbonate d'ammonium et analogues. 7 Ensemble composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé par le fait que le premier des éléments vaporiseurs-surchauffeurs ( 2) est disposé 20 en sandwich entre ladite paroi souple ou rigide, étanche ( 3) le séparant de l'élément vaporiseur-surchauffeur ( 4) suivant immédiatement adjacent et un élément de revêtement ( 1) constituant la face externe de l'cran terminé et le dernier de ces éléments vaporiseurs-surchauffeurs 25 ( 4) est disposé en sandwich entre la paroi souple ou rigide étanche ( 3) le séparant de l'élément vaporiseursurchauffeur ( 2) immédiatement adjacent le précédant et un élément de revêtement ( 5) au contact intime de la face froide de l'élément à protéger ( 6). 8 Elément composite selon la revendication 7, caractérisé par le fait que les éléments de revêtement sont constitués par des matériaux synthétiques 'élastomères ou non,armés pu non de matériaux fibreux. 9 Elément composite selon la revendication 7, 35 caractérisé par le fait que l'élément ( 1) constituant la face externe de l'écran terminé peut contenir un matériau donnant, avec le gaz ou la vapeur surchauffée provenant du vaporiseur-surchauffeur qui lui est immédiatement sous- jacent, une réaction endothermique. Elément composite selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit matériau donnant une réaction endothermique est le carbone.