Brevet FR2632300A1 — publié le 19891208

MATERIAU COMPOSITE RENEI CE A L'AIDE DE FIBRES La présente invention a trait à un matériau composite renforcé à l'aide-de fibres et plus particu- lièrement à un matériau composite comportant une matrice de ciment alumineux insoluble dans l'eau à laquelle sont liées des couches superposées de tissu de fibres de ver- re qui sont lui sont incorporées en tant que renfort. Un exemple d'un tel matériau est une feuille comportant un ciment d'alumine de haute qualité et des couches incorporées de tissu de fibres de verre et est vendue en tant qu'isolant électrique pour une utilisa- tion à des températures élevées (par exemple à 850 C), par exemple pour revêtir des ensembles de transmission d'énergie en vue d'empêcher la formation d'un arc entre des bornes sous tension et la terre. Ce matériau exempt d'amiante (décrit dans les documents FR-8106250 et EPA- A-63505) présente la plupart des propriétés utiles pos- sédées par un panneau de ciment Portland à haute densité renforcé à l'aide d'amiante, qui est aujourd'hui large- - ment remplacé, mais il est coûteux; et la dépense pro- vient principalement du coût du tissu en fibres de verre utilisé, qui est un tissu tissé à partir d'un fil de ver- re de 68 grammes/1000 mètres. Le demandeur a constaté qu'une variante accep- table et meilleur marché au -tissu qui vient d'être décrit est constituée par un mat de verre à brins hachés liés mécaniquement de masse/surface unitaire non supérieure à 850 g/m2, tel qu'il est vendu en tant que renfort pour la fabrication de matières plastiques renforcées à l'aide de fibres de verre à partir de résines polyester. Conformément à l'invention, on prévoit un maté- riau composite comportant une matride de ciment alumineux insoluble dans l'eau à laquelle sont liées des couches superposées de tissu de fibres de verre incorporées à celle-ci en tant que renfort, matériau dans lequel ledit tissu est un mat de verre à brins hachés liés mécanique- ment de masse/surface unitaire non supérieure à 850 g/m2. La matrice de ciment alumineux insoluble dans l'eau est de préférence un ciment d'alumine de haute qua- lité (parfois appelé "ciment de calcium-aluminate"), com- me dans le produit antérieur indiqué. Cependant, des per- formances satisfaisantes à température élevée peuvent é- galement être obtenues en utilisant le phosphate d'alu- minium (AlPO4) en tant que matrice. La matrice de ciment alumineux peut être diluée avec des particules d'alumine ou autre oxyde métallique réfractaire bon marché. Des produits avec une résistance très satisfaisante aux chocs thermiques peuvent être obtenus en utilisant de la boehmi- te (AlO.OH) en tant que composant du ciment alumineux à partir duquel est fabriqué le matériau composite. Du fait que la liaison des brins hachés dans le mat provient simplement d'un enchevêtrement des fibres de verre entre elles plutôt que de l'utilisation d'agents de liaison chimiques, une imprégnation du mat avec une bouillie de ciment alumineux de viscosité relativement élevée durant la préparation est rapide. La proportion en poids de mat dans le matériau composite est de préférence comprise entre 5 et 25%, en particulier entre 5 et 15%; et la densité du produit est de préférence comprise entre 1,8 et 2,3 g/cm. L'invention est en outre illustrée par les exemples suivants, qui décrivent la préparation de matériau composite sous forme de feuille utilisable en tant que glissière d'arc. Exemple 1 Un mat de verre à brins hachés liés mécanique- ment (masse/surface unitaire = 450 g/m2) vendu sous la marque déposée NEOMAT est imprégné d'une bouillie aqueu- se (65% en poids de matières solides) du ciment d'alumi- ne de haute qualité vendu sous la marque déposée SECAR (teneur en A1203, 71%; teneur en CaO, 27% en poids). L'absorption de bouillie est environ 14 fois le poids du mat. Six mats imprégnés sont superposés, et l'ensem- ble est comprimé jusqu'à ce que son épaisseur soit rédui- te à environ 1,3 cm. La feuille ainsi formée est plongée pendant 24 heures dans de l'eau à température ambiante pour permettre le durcissement du ciment d'alumine de haute qualité. Le produit présente les propriétés sui- vantes: Densité 2 g/cm3 Résistance au cisaillement 23 MPa Résistance à la flexion 25 MPa Résistance aux chocs 4,2 kJ/m2 (Essai Izod, éprouvette entaillée) Résistance à la compression 98 MPa Propriétés électriques Claquage superficiel dans l'air 17kV à 90 C Rigidité diélectrique dans 1,1 MV/m l'air à 90 C Exemple 2 Le mat de verre utilisé dans l'Exemple 1 est imprégné d'une bouillie aqueuse (72% en poids de matiè- res solides) d'un mélange d'alumine calcinée (étendue superficielle spécifique 1 m2/g; diamètre moyen de par- ticule 5 um) et de boehmite ( -AlO.OH, disponible sous le nom de BACOSOL 2C (marque déposée); dimension de particule 0,1 em - 0,2 em), la proportion en poids A12 03: AlO.OH étant 3:2. L'absorption de bouillie est en- viron 11 fois le poids du mat. Une feuille comprimée d'environ 1,3 cm d'épais- seur est réalisée comme dans l'Exermple 1, et est séchée à 150 C. Elle est ensuite plongée pendant 3 heures dans du H3PO4 aqueux (20%) et ensuite chauffée dans un four à 300 C pendant 24 heures pour achever la conversion de AlO.OH en AlPO4. Le produit présente des propriétés similaires à celles du produit de l'Exemple 1, mais est plus résis- tant à la chaleur et pourrait en outre être utilisé en tant que revêtement de four. Dans un essai à l'arc de carbone normalisé, il présente une résistance aux chocs thermiques bien meilleure que celle du matériau du docu- ment FR8106250. Exemple 3 Le mat de verre utilisé dans l'Exemple 1 est imprégné d'une bouillie aqueuse (60% en poids de matiè- res solides) d'un mélange de ciment d'alumine de haute qualité, d'alumine calcinée et de boehmite, selon les proportions en poids 16:7:1,32. L'absorption de la bouil- lie est d'environ 12 fois le poids du mat. Une feuille comprimée d'environ 1,3 cm d'épais- seur est réalisée comme dans l'Exemple 1. La feuille com- primée est plongée pendant 24 heures dans de l'eau à term- pérature ambiante pour permettre le durcissement du ci= ment. Comparé au produit de l'Exemple 1, le produit (densité 2,1 g/cm3 présente une résistance à la flexion améliorée (37 MPa) et une résistance à la compression a- méliorée (120MPa) et, comme le produit de l'Exemple 2, il possède une résistance très satisfaisante aux chocs thermiques. R E V E N D I C A T I O N S 1. Matériau composite comportant une matrice de ciment alumineux insoluble dans l'eau à laquelle sont liées des couches superposées de tissu de fibres de ver- re incorporées à celle-ci en tant que renfort, dans le- quel ledit tissu est un mat de verre à brins hachés liés mécaniquement de masse/surface unitaire non supérieure à 850 g/m2. 2. Matériau composite selon la revendication 1, dans lequel la matrice est un ciment d'alumine de haute qualité. 3. Matériau composite selon la revendication 1, dans lequel la matrice est du phosphate d'aluminium. 4. Matériau composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la matrice comprend des particules d'alumine. 5. Matériau composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 4dbtenu en incorporant de la boehmite au ciment alumineux à partir duquel est fabriqué le ma- tériau composite. 6. Matériau composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 dans lequel le mat à brins hachés liés mécaniquement constitue de 5 à 25% du matériau. 7. Matériau composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, possédant une densité comprise entre 1,8 et 2,3 g/cm3. 8. Matériau composite selon l'une quelconque des revendications précédentes, réalisé sous forme de feuille.