Brevet FR2588575A1 — publié le 19870417

L'invention appartient au domaine des tissus dits techniques, c'est-à- dire des tissus dont les applications sont essentiellement industriell]]es. L'invention a plus particulièrement pour objet un tissu à base de fibres de verre et de carDone possédant un ensemble de propriétés remarquables, notamment une haute résistance au feu, un faible poids par unité de surface et une Donne tenue mécanique. L'invention concerne également les articles comprenant un tel tissu, par exemple les articles obtenus par imprégnation de ces tissus à l'aide d'une résine, éventuellement en combinaison avec d'autres constituants, en réalisant ainsi des structures ayant des domaines d'application très divers, par exemple dans l'industrie aéronautique. A l'heure actuell]]e, on se préoccupe de plus en plus de trouver de nouveaux matériaux légers, résistants et ininflammables. Les problèmes techniques sont particulièrement cruciaux pour l'aménagement intérieur des aéronefs, tels que les avions. On doit malheureusement constater que. a plupart des matériaux utilisés ne sont pas capables de satisfaire à toutes les exigences. Lors d'un incendie, certains d'entre eux produisent des fumées toxiques. D'autres donnent naissance à des points d'incandescence, à des braises, ou laissent tomber des gouttes qui propagent le feu. Il en est ainsi des articles en résine ABS (acrylonitrile-butadiène-styrène) et même des articles contenant des fibres d'aramide imprégnées de résine phénolique. Ces derniers sont largement utilisés pour l'aménagement intérieur des avions, en raison de leur faible poids unitaire et de leur bonne résistance mécanique d'ensemble. Ils sont préférés aux articles à base de fibres de verre imprégnées de résine phénolique, dont la masse est de 20 à 30% supérieure pour l.es mêmes fonctions. Cependant, les matériaux composites fibres d'aramide- résine phénolique ne possèdent pas un comportement au feu pleinement satisfaisant. Pour satisfaire à une telle exigence, on ne peut pas non plus se tourner vers les matières thermo-formab]es telles que les résines ABS ou a base de polycarbonates. Il existe donc un besoin impératifpour la sécurité des transports aériens, a mettre au point des matériaux pleinement satisfaisants. La présente invention a pour but d'apporter une solution a ce problème. L'invention a donc pour oDjet un tissu a base de fibres, présentant une haute résistance au feu, un faiole poids par unité de surface et une bonne tenue mécanique, caractérisé en ce qu'il comprend un mélange de (a) 50-90% en poids environ de fibres de verre texturées (b) 10-50% en poids environ de fibres de carbone. Un tel tissu convient bien, par imprégnation avec des résines usuelles, 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. Le tissu selon l'invention est conçu pour permettre une imprégnation excellente -par.a résine, ce qui permet d'obtenir des structures variées, par exemple à nids d'abeill]]e, du genre généralement employé pour l'aménagement intérieur des avions. Le premier constituant du tissu selon l'invention consiste en des fibres de verre texturées. L'expression "texture" au sens de la présente description désigne une fibre de verre dont l'alignement de chaque filament est aléatoire. Dans la tecnnique d'obtention des fibres de verre, on parle également de fibres de verre effilochées. Ce type de fibres est connu de l'homme du métier, et peut être obtenu de manière connue par divers traitements. Les fibres de verre texturées mises en oeuvre dans le tissu se]on l'invention sont continues ou discontinues. On préfère en généra] les fibres continues qui procurent les meilleurs résultats lors de]'ensimage. Les essais comparatifs rapportés ci-après montrent que les fibres de verre lisses ne conviennent pas, car un tissu fabriqué à partir d'elles ne permet pas d'absorber un volume de résine suffisant pour produire des articles ayant un état de surface convenable, et n'adhère pas correctement sur un noyau alvéolaire (nid d'abeill.e). L'invention propose donc de choisir]es fibres de verre texturées pour être certain de satisfaire aux besoins de ]'industrie aéronautique. Les fibres de verre texturées ont un poids par unité de longueur qui peut varier dans d'assez larges limites, en particulier de 11 à 126 tex (1 tex représentant le nombre de grammes par kilomètre de fibre). On a obtenu de bons résultats avec des fibres de verre de 34 tex environ. Le deuxième constituant du tissu selon l'invention consiste en des fibres de carbone. La dimension de celles-ci peut varier].argement. On utilise ]. e plus couramment des fibres de carbone de 1000 à 6000 filaments. On a obtenu de bons résultats avec des fibres de carbone de 3000 filaments environ. Ainsi qu'on Je montrera grâce à des exemples concrets, les articles fabriqués par imprégnation des tissus selon 1'invention, ont un comportement au feu tout a fait satisfaisant, une faible masse, une résistance au choc et une raideur convenables ainsi qu'un bon aspect de surface. Les proportions relatives des deux constituants du tissu selon. 'invention seront choisies en fonction des problèmes précis à résoudre. I] . convient en effet d'adopter un compromis compte tenu des impératifs à respecter, quant à la masse unitaire et au prix notamment. Par conséquent, la quantité de fibres de verre texturées qui est en général de 50 a 90% en poids environ, par rapport au poids total-du tissu, est de préférence comprise entre 55 et 75% en poids environ. De- maniere correspondante, la quantité de fibres de carbone qui est comprise en général entre 10 et 50% en poids environ, par rapport au poids total du tissu, est de préférence comprise entre Z5 et 45% en poids. Se]on une caractéristique complémentaire, le tissu selon l'invention peut comprendre également une certaine proportion de fibres d'aramide ne dépassant pas 5 a 10% en poids du poids total. Grâce a cette introduction de fibres d'aramide en faible quantité, le comportement au feu n'est pas détérioré, mais la résistance au cheminement des fissures est améliorée. Ainsi qu'on]'a dit précédemment, le tissu selon l'invention se prête particulièrement bien à une imprégnation par une résine, en général. une résine phénolique. Le taux d'imprégnation peut être élevé et, en généra], il est de 35 à 60%. La capacité élevée d'absorption de la résine par le tissu est favorable pour l'obtention d'un bon état de surface ainsi qu'au collage du tissu sur les structures habituellement utilisées qui sont en nids d'abeille. La combinaison des fibres de verre texturées et des fibres de carbone offre des avantages décisifs. Tout d'abord].a résistance au feu du tissu selon l'invention est absolue, car aussi bien l.es fibres de verre que les fibres de carbone sont totalement inertes au feu. Cette caractéristique essentielle est à comparer au comportement au feu des -fibres d'aramide, lesquelles, même imprégnées et stratifiées avec des résines phénoliques, ne satisfont plus aux normes exigées dans l'industrie aéronautique en raison des dégagements gazeux].ors de la combustion, des points résiduels d'incandescence et de].a pénétration rapide d'une flamme traversante (les exigences coupe-feu n'étant pas alors respectees). La mise en oeuvre de fibres de verre texturées (orientation aléatoire des filaments) en comDinaison avec des fibres de carbone permet aussi d'éviter un inconvénient constaté avec les fibres de verre alignées (ou silionnes), a savoir des distorsions dues au fait que les coefficients de dilatation thermique linéaire du verre et du carDone sont différents, ce coefficient étant de 5.10-6 pour le verre et voisin de 0 pour le carDone. Avec des fibres de verre non texturées, on constate des distorsions (voilage notamment) lors du refroidissement d'une pièce polymérisée a 130 ou 150 C. Le tissu selon l'invention présente une masse surfacique unitaire qui peut être aussi faible que celle des tissus d'aramide traditionnels (par exemple de l'ordre de 170 g/m2). On obtient aussi des pièces de raideur supérieure, grâce au module d'él.asticité élevé de la combinaison fibres de verre texturées/fibres de carbone. Ainsi qu'on l'a mentionné ci-dessus l.es tissus selon].'invention peuvent être utilisés pour la fabrication de pièces à structure alvéolaire. Cependant, dans certains cas,].e tissu selon].'invention peut être mis en oeuvre directement, après imprégnation avec une résine phénolique sans qu'il soit nécessaire d'avoir recours à des structures sandwich de type nid d'abeille destinées à augmenter].'inertie de la structure. Dans de tels cas, on utilise a.ors des stratifies comprenant plusieurs couches de tissu imprégné de résine, par exemple deux ou trois couches. A titre d'exemple, on a comparé les caractéristiques. mécaniques de stratifiés monolithiques respectivement (1) a base de fibres d'aramide imprégnées de résine phénolique et (2) à base d'une combinaison de fibres de verre (67% en poids) et de fibres de carbone (33% en poids). Dans le cas du stratifié (1), la résistance à la flexion était de 250 MiPa, alors qu'e]]e était de 400 MPa pour le tissu (2). Le module en flexion du stratifié (1) était de 25.000 MPa alors qu'il. était de 3i.000 MPa pour le tissu (2) selon]'invention. L'invention sera maintenant illustrée, sans être aucunement limitée, par les exemples ci-après. Exemple 1 Dans cet exemple, on a utilisé un mélange de base contenant 57% en poids de fibres de verre texturées et 43% en poids de fibres de carDone. Les fibres de verre "texturées" avaient les caractéristiques suivantes,_ telles que mesurées sur un stratifié a 12 coucnes avec 27% de résine phénolique d'imprégnation: Résistance a la flexion 405 MPa Module de flexion 23000 MPa Résistance au cisaillement 35 MPa Les dimensions des fibres étaient: Fibres de verre texturées 34 tex Fibres de carDone 3000 filaments On a tissé à partir de ce mélange de fibres un tissu ayant une masse surfacique de 190 g/m2. Les caractéristiques mécaniques de ce tissu étaient les suivantes, telles que mesurées sur des échantillons stratifiés pour essais de laboratoire, comportant 12 couches de tissu imprégné: Résistance a la flexion 389 MPa Module de flexion 31900 MPa Résistance au cisaillement 36 MPa Le tissu cidessus avait été imprégné d'une résine phénolique modifiée (Vicotex 250 de Brochier S.A.) à un taux de 55%. Le tissu imprégné a été collé sur une structure en nid d'abeille et on a procédé à des essais normalisés sur].'article obtenu. Son comportement au feu a été caractérisé comme suit: Norme FAR 25: Passe Aucun point d'ignition résiduel Pas de dégagement apparent de fumée. Exemple 2 Dans cet exemp]e, on a utilisé un mélange de base comprenant en poids, 67% de fibres de verre texturées et 33% de fibres de carbone. que ce]]es utilisées à l'Exem: mécaniques du tissu, mesuré couches étaient les suivantes: Résistance a la flexion Module de flexion Résistance au cisaillement Le comportement d'abeille fabriqués à partir qu'a]'Exemple 1. Exemple 3 Les fibres étaient les mêmes pie 1. Les caractéristiques es sur un stratifié à 12 400 MPa 31000 MPa 36 MPa au feu des articles en nid de ce tissu, était aussi bon Dans cet exemple on a utilisé un mélange de base comprenant 65% de fibres de verre texturées, 30% de fibres de carbone et 5% de fibres d'aramide, ces dernières étant disponibles sur le marché sous la dénomination "KEVLAR" de la Société DU PONT DE NEMOURS. Les fibres de verre et de carbone étaient les mêmes qu'aux Exemples 1 et 2. On a obtenu un tissu ayant des caractéristiques similaires à cell.es des tissus des Exemples 1 et 2, avec une résistance élevée à la propagation des fissures. REVENDICATIONS 1. Tissu a 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'i] comprend un mélange de: a) 50-9u% en poids environ de fibres de verre texturées b) 10-50% en poids environ de fibres de carbone. 2. Tissu selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'i] comprend un mélange de a) 55-75% en poids environ de fibres de verre texturées b) 25-45% en poids environ de fibres de carbone. 3. Tissu selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend également une proportion de fibres d'aramide ne dépassant pas 5 à 10% en poids du poids total. 4. Tissu selon '1 une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les fibres de verre texturées ont un poids par unité de longueur compris entre 11 et 126 tex, notamment de 34 tex. 5. Tissu selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les fibres de carbone comprennent 1000 a 6000 filaments, notamment 3000 filaments. 6. Article caractérisé en ce qu'il comprend un tissu selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 et une résine d'imprégnation. 7. Article selon la revendication 6, caractérisé en ce que la résine d'imprégnation est une résine phénolique. 8. Article selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que le taux de résine est de 35 à % en poids par rapport au poids de]'article. 9. Article selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce qu'il appartient à la catégorie des panneaux à structure en nids d'abei].]Ie, le tissu selon 'une quelconque des revendications 1 a 5, étant co]]é sur 'une et/ou J'autre des deux faces de ladite structure. 10. Application des articles selon 'une quelconque des revendications 6 à 9 pour l'aménagement intérieur des aéronefs, en particulier des avions.