Brevet FR2736919A1 — publié le 19970124

MATERIAU COMPOSITE INTUMESCENT La présente invention concerne un matériau composite constitué d'une matrice organique thermodurcissable ou minérale renforcée de fibres tissées ou non, coupées ou non. La matrice est intimement additionnée d'une charge inerte mais expansible au feu, lui conservant néanmoins avant expansion-les caractéristiques habituelles de ce type de matériau. Les matériaux composites tels que décrits ci-dessus, qu'ils comportent par exempte, des fibres de verre ou de carbone, ont es caractéristiques techniques qui en font des produits recherchés dans de nombreux domaines, tout spécialement dans ceux où l'on est confronté à des problèmes de corrosion, de poids, de résistanc.e mécanique, de comportement aux chocs Ils sont aussi très intéressants pour leurs propriétés de mise en oeuvre, ce qui produit des pièces complexes avec ceu de problèmes d'assemblages. de joints, etc. De même, ils peuvent etre fabriqués sous forme de panneaux, travaillés avec des outils appropriés, comme on le ferait avec une planche de bois. Toutefois, il est dans ce cas nécessaire de recréer l'intégrité du revêtement du champ du panneau ou des sections qui en résultent, ainsi que l'étanchéité des ioints. On peut donc, moyennant ces précautions, usiner des panneaux de stratifiés verre/résine ou verre carbone, par exempie. Malheureusement, on se heurte systématiquement avec ce type de matériau au problème de l'extrême infiammabilité, voire de l'auto infiammabilité a partir d'une certaine température. On a donc employé à ce jour des systèmes polymères thermodurcissabtes dits "ablatifs", c'est à dire prXsentant "une part au feu" sous forme de pyrolyse ou de combustion d'une certaine épaisseur de la paroi exposée au feu. Ceci est pris en compte tors de l'étude ou de la réalisation et l'on calcule alors l'épaisseur en fonction de cette combustion. L'on se rend Immédiatement compte que le système est vite limité On peut aussi minorer le problème inflammabilité en augmentant la quantité de charges minérales (verre, ciment, plâtre mica, carbonates ou silicates divers, etc.) mais là encore, l'introduction de ces charges dans la matrice conduit rapidement à des limites par suite des difficultés de mise en oeuvre (augmentation de la viscosité, décantation de la prèparation, usure du matériel d'injection, du matériet d'usinage...). Par ailleurs, l'addition de ces charges présente tin effet néfaste en particulier pour la résistance mécanique et la résistance à la corrosion. D'autres techniques existent également comme l'adrltion dans le réseau moléculaire de la résine d'un halogène (chlore, brc me, en particulier). D'autres inconvénients surviennent alors comme la perte de propriétés de vieillissement, la perte sensible des caractéristlc,ues mécaniques et la présence d'émissions de gaz de combustion incommodants, voire toxiques, par exemple. On peut aussi, par projection, appliquer un enduit .gnifugeant mais les produits connus sont assez fragiles aux chocs, es donc limités a des endroits ou les risques d'impacts sont faibles. De plus ils ont en général une durée de vie de l'ordre d'une dizaine c, années seulement, présentent une forte reprise d'eau, sont lourds, chers et peuvent apporter de la corrosion sur certaines pièces mécaniques. D'autres types de composites, constitués soit d'une tôle revétue d'un enduit ignifugeant et d'une peinture d'étanchéité, soit d'un sandwich de tôle et de béton. sont utilisés pour la conception de e portes, de cloisons ou de boites a vanne, "coupe-feu" Tous ces matériaux sont lourds, offrent une reprise d'eau importante, sont générateurs de corrosion, résistent très mal six chocs, ne peuvent pas être démontés sans dommage, donc ne peuvent être employés pour des systemes nécessitant de fréquentes manipulatlons. Enfin, les matériaux intumescents (feutres, peintures, etc.) contenant du graphite expansible, ont des propriétés mécaniqus trés faibles. II est par conséquent difficile de les employer en asscciation aux matériaux composites précités, d'autant plus que les caractéristiques d'adhérence de ces matériaux sur les stratifiés fibre/résine ert aléatoire at peut se trouver fortement altérée avec le temps. L'objet de la présente invention n'est pas une simple adjonction d'une charge minérale ne faisant qu'abaisser le pourcentage de résine et par voie de consequence ses caractéristiques mècaniques. L'objet de la présente invention consiste à obtenir à partir d'une certaine température, une auto-intumescence d'un matériau composite rigide constitué de résine thermodurcissable organique (polyester, vinyl ester, époxyde, phénolique, ou autres) ou minérale (silic@ne, géopolymère...) laquelle intumescence permet d'obtenir en présence du feu un système polymère thermodurcissable composite. de combustibilité pratiquement nulle et d'un A (coefficient de conduCtion thermique) très nettement inférieur à celui d'un composite n'ayant pas été traité par le procédé objet de la présente invention. Le procédé objet de la présente invention ne modifis ! en rien les qualités et avantages des matériaux stratifiés types fibresirésine, et ne fait qu';iouter des qualités jusqu'à ce jour absentea aux dits matériaux composites. L'objet de la présente invention consiste par conséquent à mélanger intimement du graphite expansible dans la matrice (résine) organique thennodurcissable ou dans l'enduit gélifié de surface (appelé couramment gel coat, qui constitue la couche exténaure d'un composite) an faisant varier le pourcentage dudit graphite et @épaisseur de l'enduit géfflié en fonction de la durée de tenue au feu recherchée. Naturellement, on peut aussi faire cet ajout de gros ophite dans la totalité de la masse du composite. Avec la plupart des résines organiques ou minérales courantes (époxydes, polyesters, silicones...) la couleur obt-nue après mélange intime de graphite expansible, est sensiblement gns anthracite métallisé. Dans le cas où l'on rechercherait une autre couleur et où il n'y aurait pas d'interdiction d'une première inflammation génerant une très faible quantité de calories, on peut envisager une première couche légère de peinture de surface colorée et chimiquement compatible (polyuréthanne...). En présente d'une intense chaleur ou de feu, la face exposée du matériau composite se met alors à gonfler telle une "meringue" qui sert alors d'isolant thermique et protège tes couches inférieures du composite d'une montée en température brutale en élevée. L'intumescence se poursuivra dans les couches de plus en plus profondes au fur et à mesure de la progression de la température au sein du matériau composite et au fur et à mesure que cette température atteindra la température d'expansion du graphite. Les différentes couches de tissu empêchent le graphite expansé de s'éliminer et constituent ainsi un ou des matelas très solants. A titre d'exemple, des essais réalisés sur des panneaux de particules de bois agglomérées d'épaisseur 12 mm recouverts sur une de leur face d'un stratifié d'environ un mm d'épaisseur à base ' bre de verre/résine époxydes poudre de graphite expansible, montre un début d'élévation de température face non exposée au feu après plus de 20 minutes d'exposition à 1000 C sur l'autre face de l'echantillon. Sans cette application, l'échantillon aurait été total-ment transpercé en moins de 15 minutes. Durant l'expansion, une différence de température de l'ordre de 850 à 900 C existe entre la surface expansée exposée à la flamme et le dessous de cette expansion. De me me, aucune flamme ne se dégage du matériau alors que la résine est de type organique, c'est-adire classée feu M4 suivant NF P 92-507 (très combustible). Le présent procédé est applicable à toutes pièces en matériau composite tel que présentement dXcrit c'est-à-dire constitué à partir de résines organiques thermodurcissables ou minérale renforces de fibres coupés ou non, tissées ou non, comportant ou non des charges. Que ce soit sous forme de panneaux, sous forme de piéces chaudronnées ou moulées, sous forme de mastics d'étanchéité et de mastics intumescents ou sous la forme de peintures faites des mêmes résines. II est aussi applicable à des systèmes de tissus pré-imprégnés de résine, employés soit en réparation, soit en fabrication de systèmes polypères thermodurcissables. Dans cet esprit, le système polymère tel que présentement décrft peut Btre introduit sous forme pâteuse dans une gaine tresse et constltuer ainsi un "boudin" qu'il est alors aisé d'appliquer par enrobage à tous supports devant être protégés du feu, tels que dss chemins de câbles électriques, des tuyauteries, des gaines de ventilation... Afin d'éviter la réticulation trop rapide du polymère comportant son durcisseur et éventuellement son catalyseur, il suffit comme pour les tissus techniques pré-imprégnés destinés à la fabt-ation des matériaux composites. de maintenir le produit en basse tempé-ature. Naturellement, d'autres procédés sont aussi en@isageables comme l'encapsulation de matériaux isolants de manière à rendre ceux-ci étanches aux gaz etlou aux liquides et mécaniquament résistants. On obtient alors un système de cloison présentant de nombreuses propriétes recherchées, soit en autres: grande résistance mécaniques, étanchéité, résistance au feu et isolement thermique. REVENDICATIONS 1. Matériau composite caractérisé en ce qu'il est constitué d'une matrice polymérique organique ou minérale telles que les résines polyesters, epoxydes, vinyl esters, phenoliques, silicones ou autres, renforcée de fibres coupées ou non, tissées ou non, la dite matnce étant additionnée par mélange intime de graphite intumescent en tant que charge minérale afin d'améliorer fortement la tenue au feu de ce matériau sans pour autant en modifier de façon significative ses propriéiés spécifiques. 2. Matériau composite selon la revendication 1. caractériés en: ce qu'à partir d'une certaine température. la surface exposée du matériau composite s'expanse par intumescence protégeant les couches sous jacentes qui gardent toutes les caractéristiques du matériau composite originel. 3. Matériau composite selon la revendication 1, cara@térlsé en ce que le comportement au feu est influencé par la preportion de graphie intumescent qui est intimement additionné à i a résine organique thermodurcissable. 4. Matériau composite selon la revendication 1, caractérisé en ce que le comportement au feu est influencé par le nombre Je couches de tissus ou de fibres coupées ou non, liées par le polymérie oque thermodurcissable intimement additionné de graphite intumescent. 5. Matériau composite selon la revendication 1, caractérisé en ce que le comportement au feu est influencé par le graphite intumescent qui est intimement additionné soit dans la couche de résine gélifiée de surface, soit seulement présent dans la totalité de la matrice compposant le matériau. 6. Matériau composite selon la revendication 1. caractérisé en ce qu'il est réparable après endommagement par simple reconstitution du stratifié à l'aide de tissus pré-imprégnés ou non, imprégnés de résine thermodurcissable chargée de graphite intumescent, sans que les caractéristiques générales du stratifié soient altérées. 7. Utlisation du matériau composite selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle permet de constituer des pièces obtenues par des techniques diverses, telles que des pièces chaudrcnnées, des panneaux pressés ou injectés ou autres. 8. Utilisation du matériau composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle permet de constituer un joint intumescent entre panneaux dans un système de construction modulalre d'un mur coupe-feu ou dans tout système nécesmit nécesmitant une étanchéité et/ou une tenue au feu. 9 Utlisation du matériau composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 6. caractérisée en ce qu'elle permet d'ignifuger des réservoirs routiers, ferroviaires, navals ou autres. par application directe de la résine thermodurcissable intimement additionnées de graphite intumescent. le tout renforcé de fibres coupées ou non, tissées ou non ou de tout systéme compatible. 10. Utilisation du matériau composite selon l'une quelconque des revendications 1 a. 6, caractérisée en ce qu'elle permet de fabriquer des peintures intumescentes en employant des notons de verre et des charges minérales des type mica. 11. Utilisation du matériau composite selon une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que introduit sous forme pâteuse dans une gaine souple, ou chaussette, de nature quelconque. il devient moulable autour de tout support, puis réticule.