L'invention concerne des perfectionnements, developpements et changements apportes à l'objet de la demc,nde de hrevet ~R No. 2,588,575 publlee le 1~ avril 1987, pour objet des tlssus technlques ayant de remarquables propriét~ de r~slstance au feu. L'lnventlon est egalement relative aux artlcles comprenant un tel tlssu, en partlculier les artlcles obtenus par lmprégnatlon de ces tissus à l'aide d'une résine, et éventuellement en comblnalson avec d'autres constituants, en r~allsant alnsl des structures ayant des domaines d'application très varles, par exemple dans l'industrie aeronautique et dans t~us les cas où l'on recherche des produits possëdant une hallte réslstance au feu.
On rappelera que le brevet FR 2.j588,575 a pour objet un tlssu à base de flbres, présentant une haute résistance au feu, un falble poids par unité de surface et une bonne tenue mécanlque, caractérisé en ce qu'il comprend un mélan~Je de 50 à
90~ en polds envlron de flbres de verre texturées et de 10 à
50~ en polds envlron de flbres de carbone. Un tel tissu convient blen, par imprégnatlon avec des résines résiduelles, avantageusement des réslnes phénollques, pour la réalisation cl~artlcles tels ~lue des plèces pour l'am~nagement interieur des avlons, qul dolvent remplir slmultanément un certaln nombre d'exlgences. On peut alnsl obtenlr des structures du genre nid d'abellle~ capables de satlsfalre aux normes les pllls séveres et les plus récentes de l'lndustrle aéronautlque.
En poursulvant ces travaux dans le domaine des tissus composés de flbres résistant au feu, la demanderesse a étc ~0 amerlé à mettre au l~olnt de nouveaux tlssus dont l'un des composants est constitué par des fibres non texturees.
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Ainsi la présente invention a pour objet un tissu à
base de fibres, résistant au feu et comprenant un mélange de :
a) SO - 90% en poids environ de fibres texturées S "non-feu";
b) 10 - 50% en poids environ de fibres techniques ayant une rigidité supérieure~ à celle du verre texturé
à la condition que, si les fibres a) sont des fibres de verre texturées, les fibres b);sont autres que des fibres de carbone .
~` Le premier constituant du tissu selon l'invention consiste en des fibres non-feu texturées. L'expression "texturée" au sens de la présente~ description dési~gne une ~fibre dont l'alignement de ~chaque filament est aléatoire.
,-? 15 Dans la technique, on parle~également de fibres effilochées ~; Ce type de fibres~est connu de l'homme du métier et peut être obtenu de manière connue par divers traitements. Les fibres ~texturées mlses en oeuvre~ dans le tissu~ selon l'invention sont continues ou discontinues . On préfère en général des fibres continues, qui;procurent les meilleurs résultats lors de l'ensimage .
Les fibres textur~es du tissu selon l'invention possèdent la propriété d'être "non-feu" , expression qui signifie qu'elles~sont classées au minimum Ml et de préfé-rence Mo s~elon la norme francaise ~F P 92-507 (Octobre 1975) intitulée "Classement des matériaux utilisés dans la construction " , établie conformément à l'Arrêté du 4 Juin 1973 ~Journal Officiel du 26 Juillet 1973) et éditée par l'Association Fran~caise de Normalisation (AFNOR), Tour Europe, Paris La Défense. Les essais au feu de matériaux, tels que les tissus seloh l'invention,sont réalisés selon la norme NF P 92-503 (Octobre 1975). ~
Pour les applications des tissus selon l'invention , qui doivent possèder une haute résistance au feu, il impor-te en effet que les fibres qui le composent ne dégagent pas :
de flux thermique c'est-à-dire que en cas de combustion, l'énergie thermique aégagée ne soit pas capable de propager la flamme, soit directement, soit par des points d'incan-descence ou des gouttes de fusion. Pour certains besoins de la présente invention, qui ne sont pas nécessairement aussi sévères que ceux des normes les plus exigeantes de l'indus-trie aéronautique , les fibres "non-feu" sont celles qui, d'après le classement qui vient d'être mentionné, sont classées M0 ou Ml.
Le deuxième constituant du tissu selon l'invention consiste en des fibres techniques qui présentent des carac-téristiques suffisantes de rigidité et qui en combinaison avec les fibres a),procurent au tissu des propriétés globa-les de résistance au feu permettant de satisfaire aux nor-mes précitées . Au sens de la présente description, l'expression "rigidité supérieure à celle du verre texturé"
signifie que les fibres b) ont un module de traction supé-rieur à 55000 MPa environ.Les fibres préférées ,qui ont de telles propriétés en même temps qu'une résistance au feu satisfaisante sont les fibres de carbone , les fibres d'aramide et les fibres de carbure de silicium. Lorsqu'on utilise des fibres de carbone , elles comportent le plus couramment de 1000 à 6000 filaments , par exemple 3000 fi-laments environ.
Les proportions relatives des deux constituants du tissu selon l'invention seront choisies en fonction des problèmes précis à résoudre . Il convient en effet de prendre en considération un certain nombre de paramètres tels que la masse unitaire , les propriétés de résistance au feu , les caractéristiques mécaniques d'ensemble et le prix du tissu final .
Dans la combinaison de fibres du tissu selon l'invention,les fibres a) ont la particularité essentielle d'être texturées , ce qui présente de nombreux avantages par rapport aux fibres analogues non texturées . Ces avan-tages sont particullèrement apparents lorsque, comme on lepréfère , on utilise le tissu selon l'invention pour la fa-brication de matériau'x compositec, en imprégnant le tissu , mis sous forme- de couches stratifiées en nombre approprié , avec une résine , telle qu'une résine phénolique . Le taux ;~d'imprégnation par la résine peut être élevé et en général il est de 30 à 60% , en~partlculier de SO à 60% .
Les fibres texturées permettent d'obtenir des arti-cles présentant un meilleur~ état de surface , car elles possèdent une capacité d'absorption de résine nettement ; ~ plus élevée que les fibres correspondantes qui sont non texturées ou lisses. Egalement les fibres texturées pro-curent un meilleur interface fibre /résine,car elles réali-sent une plus grande surface de contact avec la résine. Par :
ailleurs~, les tissus et articles à base de fibres textu-réec~ont une masse curfacique faible , en raison de la structure " gonflée" desdites ibres .
Egalement, lorsque les fibres a) et les fibres b) ~ ; possèdent~des coefficients de dilatation~thermique linéaire n~ 20 sensiblement différents , l'utilisation de fibres a) textu-: : :
`~ r~es dans les tissus~ selon l'invention permet d'éliminer f~ l'effet né:faste de la différence de dilatation entre les fibres a) et les fibres b) . En effet , les fibres textu-rées a) pr~sentent une répartition aléatoire des filaments qui est favorable ~à la compensation; des dilatations.Au contraire,les fibres non texturées , mélangées~ aux fibres b) , peuvent entra~ner des voilages et des déformations ; ~ dans les artic}es finis , obtenus après imprégnation de ré-~- sine . ~ ~
- 30 ~ ~ On peut encore observer que la drapabilité (ou dé-formabilité ) des tissus comprenant des fibres texturées a) : . : ~
est meilleure que si l'on met en oeuvre des fibres non tex-turées.
Les fibres qui entrent dans la catégorie a) et sont préférées par l'invention sont les fibres de verre . De ::
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`" 1303~38 telles fibres texturées ont un poids par unité de longueur qui peut varier dans d'assez larges limites , en parti-culier 11 à 126 tex (I tex représente le nombre de gramme par kilomètre de fibres ) . D'autres exemples de fibres S utilisables sont Ies ~fibres d'aramide texturées, par exem-pIe celles disponibles sur le marché sous la dénomination "Kevlar" type 49 et qui ont subi un traitement préalable de texturisation.
Ainsi qu'on l'a mentionné précédemment , des exem-ples~de fibres b) sont les~fibres de carbone , les fibresd'aramide et les fibres de carbure de silicium.
Lorsque, dans la présente descripeion, il est ques-tion de mélange de fibres aj et de fibres b), il va sans dire que dans chacun de ces~constituants , il peut exister des fibres de nature différente .~A titre d';exemple, les fibres~b) peuvent être choisies individuellement parmi les fibres~de carbone, les fibres d'aramide , les fibres de carbure de~silicium , mais on peut~aussi faire appel à des combinaisons quelconques de telles;fibres,; telles que les fibres de~ carbone et; d'aramide , les~ fibres de carbone et de carbure de~silicium , les fibres~d'aramide et de carbure -~ de silicium et autres combinaisons analogues.
Les tissus selon l'invention peuvent atre utilisés pour la ~fabrication de pièces quelconques susceptibles d'8tre obtenues par imprégnation de résine et moulage.On peut ainsi réaliser des stratifiés comprenant plusieurs couches de tissus imprégnées de résine , par exemple deux ou trois couches . Il est également possible , comme cela est connu de la technique , d'imprégner un tissu selon l'invent~ion avec une résine telle qu'une résine phénolique ~` et de le coller sur une face~ou sur les deux faces d'une structure en nid d'abeilles . On réalise ai*si des structu-res sandwichs ayant une inertie plus grande . Ces techni-ques de~fabrication sont connues de l'homme du métier et n'ont pas besoin d'être davantage explicitées .A toutes ::
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fins utiles ,on peut se reporter par exemple à l'ouvrage "Guide pratique des matériaux composites" 2ème édition (1985) par M. Geier et D. Duedal Editions Lavoisier (France) .
Les articles et structures comprenant les tissus se-lon l'invention peuvent trouver des applications très va-riées , chaque fois qu'on a besoin de produits ayant une résistance au feu suffisante . En dehors du domaine aéro-nautique , on peut citer aussi celui de la construction, de tels produits étant utilisables pour l'aménagement inté -rieur de salles de spectacles , lieux publics et autres .
L'invention sera illustrée, sans être aucunement li-mitée par les exemples qui suivent :
Dans cet exemple, on a utilisé un mélange de base contenant , en poids, 67% de fibres de verre texturées et 33% de fibres d'aramide ("Kevlar~' type 49). Les fibres de verre texturées avaient un poids par unité de longueur de 34 tex.
On a tissé à partir de ce mélange de fibres un tissu dont les caractéristiques mécaniques étaient les suivantes, telles que mesurées sur des échantillons stratifiés pour essais de laboratoire, comportant 12 couches de tissu im-prégné, de manière à réaliser des éprouvettes de 3 mm d'épaisseur.
Résistance à la flexion : 340 MPa Module de flexion : 27000 MPa Résistance au cisaillement: 30 MPa La résine d'imprégnation était une résine phénolique mo-difiée (Vicotex 250~de Brochier SA) à un taux de 55%.EXEMPLE 2 Dans cet exemple, on a réalisé un tissu en tous points similaires à celui de l'exemple 1, mais en remplacant les fibres d'aramide par la même proportion (33%) de fibres de carbure de silicium SiC, type Nicalon~
~ /~ a~ v e, 1 e, co ~ ~c ~303838 Les caractéristiques mécaniques étaient les suivantes:
Résistance à la flexion: 380 MPa Module de flexion: 29000 MPa Résistance au cisaillement: 36 MPa The invention relates to improvements, developments and changes to the subject of the demc, nde de hrevet ~ R No. 2,588,575 published April 1, 1987, for subject technlques tlssus having remarkable properties ~ of fire resistance. The Inventlon is also related to artlcles comprising such a tlssu, in particular the artlcles obtained by lmprégnatlon of these fabrics using a resin, and possibly in combination with other constituents, in r ~ allsant alnsl of structures having fields of application very varied, for example in the aeronautical industry and in t ~ us the cases where we are looking for products with a strip fire resistance.
It will be recalled that the patent FR 2.j588,575 relates to a tlssu based on flbre, having a high resistance to fire, a falble weight per unit area and good performance mechanic, characterized in that it comprises a melan ~ I from 50 to 90 ~ in polds around textured glass flbre and 10 to 50 ~ in pold envlron of carbon flbres. Such a fabric suitable for blen, by impregnation with residual resins, advantageously phenolic reslnes, for the realization cl ~ artlcles such ~ read species for the interior planning of avlons, qul dolvent fill simultaneously a certaln number of exlgences. We can also get nest structures of abellle ~ capable of satisfying standards severe pllls and the latest in the aeronautical industry.
Continuing this work in the area of fabrics composed of fire resistant flbre, the plaintiff was ~ 0 bitter to put in the lnt ol new tlssus including one of components consists of non-textured fibers.
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The subject of the present invention is therefore a fabric fiber-based, fire-resistant and comprising a mixture from:
a) SO - 90% by weight approximately of textured fibers S "non-fire";
b) 10 - 50% by weight approximately of technical fibers having a higher rigidity ~ than that of textured glass provided that, if the fibers a) are fibers of textured glass, fibers b); are other than fibers of carbon .
~ `The first constituent of the fabric according to the invention consists of textured flame retardant fibers. The expression "textured" within the meaning of this ~ description desi ~ gne ~ fiber whose alignment of ~ each filament is random.
, -? 15 In the art, we also speak ~ of frayed fibers ~; This type of fiber is known to those skilled in the art and can be obtained in a known manner by various treatments. The fibers ~ textured mlses in use ~ in the fabric ~ according to the invention are continuous or discontinuous. We prefer in general continuous fibers, which; provide the best results when sizing.
Textured fibers ~ es of the fabric according to the invention have the property of being "fireproof", an expression which means that they are ~ classified at least Ml and preferably rence Mo s ~ according to French standard ~ FP 92-507 (October 1975) entitled "Classification of materials used in the construction ", established in accordance with the Decree of June 4 1973 ~ Official Journal of July 26, 1973) and edited by the French Association for Standardization (AFNOR), Tour Europe, Paris La Défense. Material fire tests, such as the fabrics seloh the invention, are produced according to standard NF P 92-503 (October 1975). ~
For the applications of the fabrics according to the invention, which must have a high fire resistance, it is important in fact that the fibers that compose it do not give off :
heat flow, i.e. in the event of combustion, the stored thermal energy is not able to propagate the flame, either directly or by points of incan descents or drops of fusion. For certain needs of the present invention, which are not necessarily also more stringent than those of the most demanding industry standards aeronautical sorting, "non-fire" fibers are those which, according to the classification which has just been mentioned, are classified M0 or Ml.
The second constituent of the fabric according to the invention consists of technical fibers which have characteristics sufficient rigidity and which in combination with fibers a), give the fabric global properties fire resistance standards to meet my aforementioned. Within the meaning of this description, the expression "greater rigidity than that of textured glass"
means that the fibers b) have a higher tensile modulus less than 55,000 MPa. Preferred fibers, which have such properties together with fire resistance satisfactory are the carbon fibers, the fibers aramid and silicon carbide fibers. When we uses carbon fibers, they contain the most commonly 1000 to 6000 filaments, for example 3000 fili-laments approx.
The relative proportions of the two constituents of fabric according to the invention will be chosen according to specific problems to be solved. It should indeed take into account a certain number of parameters such as unit mass, resistance properties the overall mechanical characteristics and the price of the final fabric.
In the combination of fabric fibers according to the invention, the fibers a) have the essential characteristic to be textured, which has many advantages compared to similar non-textured fibers. These advances tages are particularly apparent when, as is preferred, the fabric according to the invention is used for fa-brication of material'x compositec, by impregnating the fabric, formed into suitable layered layers, with a resin, such as a phenolic resin. The rate ; ~ resin impregnation can be high and in general it is 30 to 60%, in ~ partlculier from SO to 60%.
Textured fibers provide keys with a better surface finish, because they have a clear resin absorption capacity ; ~ higher than the corresponding fibers which are not textured or smooth. Also textured fibers pro-have a better fiber / resin interface, because they feels a greater contact surface with the resin. By :
elsewhere ~, fabrics and articles based on textured fibers reec ~ have a low curfacic mass, due to the "swollen" structure of said ibres.
Also, when fibers a) and fibers b) ~; have ~ coefficients of expansion ~ linear thermal n ~ 20 significantly different, the use of fibers a) textu-:::
`~ r ~ es in tissue ~ according to the invention eliminates f ~ the effect born: splendor of the difference in expansion between the fibers a) and fibers b). Textured fibers rees a) have a random distribution of filaments who is in favor of compensation; dilations.
on the contrary, non-textured fibers, mixed ~ with fibers b), can lead to curtains and deformations ; ~ in the finished artic} es, obtained after re-impregnation ~ - sine. ~ ~
- 30 ~ ~ We can also observe that the drapability (or de-formability) of fabrics comprising textured fibers a) :. : ~
is better than using non-tex fibers turées.
Fibers that fall into category a) and are preferred by the invention are glass fibers. Of ::
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`" 1303 ~ 38 such textured fibers have a weight per unit length which can vary within fairly wide limits, in particular culier 11 to 126 tex (I tex represents the number of grams per kilometer of fiber). Other examples of fibers S usable are Ies ~ textured aramid fibers, for example-pIe those available on the market under the name "Kevlar" type 49 and which have undergone a preliminary treatment of texturing.
As previously mentioned, examples ples ~ of fibers b) are ~ carbon fibers, aramid fibers and silicon carbide fibers.
When, in this description, it is mixture of aj fibers and fibers b), it goes without say that in each of these ~ constituents, there can be fibers of a different nature. ~ For example, fibers ~ b) can be individually selected from carbon fibers, aramid fibers, carbide of ~ silicon, but we can also use ~
any combination of such; fibers ,; such as ~ carbon fibers and; aramid, ~ carbon fibers and carbide ~ silicon, fibers ~ aramid and carbide - ~ of silicon and other similar combinations.
The fabrics according to the invention can be used for the ~ manufacture of any parts likely to be obtained by resin impregnation and molding.
can thus produce laminates comprising several layers of fabric impregnated with resin, for example two or three layers. It is also possible, like this is known in the art, to impregnate a fabric according to the invention ~ ion with a resin such as a phenolic resin ~ `and stick it on one side ~ or on both sides of a honeycomb structure. We realize ai * if structures res sandwiches with greater inertia. These techni-ques ~ manufacturing are known to those skilled in the art and do not need to be further explained.
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useful purposes, one can refer for example to the work "Practical guide to composite materials" 2nd edition (1985) by M. Geier and D. Duedal Editions Lavoisier (France) .
The articles and structures comprising the tissues lon the invention can find very wide applications whenever you need products with a sufficient fire resistance. Outside the aeronautical domain nautical, we can also cite that of construction, such products being usable for interior design -laughter of performance halls, public places and others.
The invention will be illustrated, without being in any way provided by the following examples:
In this example, we used a base mixture containing, by weight, 67% of textured glass fibers and 33% aramid fibers ("Kevlar ~ 'type 49).
textured glass had a weight per unit length of 34 tex.
We woven a fabric from this mixture of fibers whose mechanical characteristics were as follows, as measured on stratified samples for laboratory tests, comprising 12 layers of im-preg, so as to produce 3 mm test pieces thick.
Flexural strength: 340 MPa Flexural modulus: 27000 MPa Shear strength: 30 MPa The impregnation resin was a phenolic resin specific (Vicotex 250 ~ from Brochier SA) at a rate of 55%. EXAMPLE 2 In this example, we made a fabric in all points similar to that of example 1, but in replacing the aramid fibers by the same proportion (33%) of SiC silicon carbide fibers, Nicalon type ~
~ / ~ a ~ ve, 1 e, co ~ ~ c ~ 303838 The mechanical characteristics were as follows:
Flexural strength: 380 MPa Flexural modulus: 29000 MPa Shear strength: 36 MPa