EP0288355B1 - Tissu à base de fibres résistant au feu et articles comprenant un tel tissu - Google Patents

Tissu à base de fibres résistant au feu et articles comprenant un tel tissu Download PDF

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EP0288355B1
EP0288355B1 EP88400879A EP88400879A EP0288355B1 EP 0288355 B1 EP0288355 B1 EP 0288355B1 EP 88400879 A EP88400879 A EP 88400879A EP 88400879 A EP88400879 A EP 88400879A EP 0288355 B1 EP0288355 B1 EP 0288355B1
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fibres
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article
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Hervé Auduc
Jean Aucagne
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Brochier SA
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Brochier SA
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    • DTEXTILES; PAPER
    • D03WEAVING
    • D03DWOVEN FABRICS; METHODS OF WEAVING; LOOMS
    • D03D15/00Woven fabrics characterised by the material, structure or properties of the fibres, filaments, yarns, threads or other warp or weft elements used
    • D03D15/50Woven fabrics characterised by the material, structure or properties of the fibres, filaments, yarns, threads or other warp or weft elements used characterised by the properties of the yarns or threads
    • D03D15/513Woven fabrics characterised by the material, structure or properties of the fibres, filaments, yarns, threads or other warp or weft elements used characterised by the properties of the yarns or threads heat-resistant or fireproof

Definitions

  • the invention relates to technical fabrics having remarkable fire resistance properties. See for example AU-A- 61662
  • the invention also relates to articles comprising such a fabric, in particular the articles obtained by impregnating these fabrics with the aid of a resin, and optionally in combination with other constituents, by thus realizing structures having very varied fields of application, for example in the aeronautical industry and in all the cases where one seeks products having a high fire resistance.
  • the first constituent of the fabric according to the invention consists of textured fire-retardant fibers.
  • the expression “textured” within the meaning of the present description designates a fiber whose alignment of each filament is random.
  • frayed fibers This type of fiber is known to a person skilled in the art and can be obtained in a known manner by various treatments.
  • the textured fibers used in the fabric according to the invention are continuous or discontinuous. Continuous fibers are generally preferred, which provide the best results when sizing.
  • the textured fibers of the fabric according to the invention have the property of being "fireproof", an expression which means that they are classified at least M1 and preferably M0 according to French standard NF P 92-507 (October 1975) entitled “Classification of materials used in construction”, established in accordance with the Decree of June 4, 1973 (Official Journal of July 26, 1973) and published by the French Association for Standardization (AFNOR), Tour Europe, Paris La Défense. Fire tests of materials, such as the fabrics according to the invention, are carried out according to standard NF P 92-503 (October 1975).
  • non-fire fibers are those which, according to the classification which has just been mentioned , are classified M0 or M1.
  • the second constituent of the fabric according to the invention consists of technical fibers which have sufficient rigidity characteristics and which, in combination with the fibers a), provide the fabric with overall fire resistance properties making it possible to meet the aforementioned standards.
  • the expression "rigidity greater than that of textured glass” means that the fibers b) have a tensile modulus greater than approximately 55,000 MPa.
  • the preferred fibers, which have such properties at the same time as satisfactory fire resistance are carbon fibers, aramid fibers and silicon carbide fibers. When carbon fibers are used, they most commonly have 1000 to 6000 filaments, for example around 3000 filaments.
  • the relative proportions of the two constituents of the fabric according to the invention will be chosen according to the precise problems to be solved. It is indeed necessary to take into account a certain number of parameters such as the unit mass, the fire resistance properties, the overall mechanical characteristics and the price of the final fabric.
  • the fibers a) have the essential characteristic of being textured, which has many advantages compared to similar non-textured fibers. These advantages are particularly apparent when, as is preferred, the fabric according to the invention is used for the manufacture of composite materials, by impregnating the fabric, formed into layered layers in an appropriate number, with a resin, such as a phenolic resin .
  • the resin impregnation rate can be high and in general it is from 30 to 60%, in particular from 50 to 60%.
  • Textured fibers make it possible to obtain articles having a better surface condition, since they have a significantly higher resin absorption capacity than the corresponding fibers which are non-textured or smooth. Also textured fibers provide a better fiber / resin interface, because they provide a larger contact surface with the resin. Furthermore, fabrics and articles based on textured fibers have a low basis weight, due to the "swollen" structure of said fibers.
  • the use of fibers a) textured in the fabrics according to the invention makes it possible to eliminate the harmful effect of the difference in expansion. between fibers a) and fibers b).
  • the textured fibers a) present a random distribution of the filaments which is favorable to the compensation of the dilations.
  • the non-textured fibers, mixed with the fibers b) can cause warping and deformations in the finished articles, obtained after resin impregnation.
  • the fibers which fall into category a) and are preferred by the invention are glass fibers.
  • textured fibers have a weight per unit length which can vary within fairly wide limits, in particular 11 to 126 tex (1 tex represents the number of grams per kilometer of fibers).
  • Other examples of fibers which can be used are textured aramid fibers, for example those available on the market under the name "Kevlar" type 49 and which have undergone a prior texturing treatment.
  • examples of fibers b) are carbon fibers, aramid fibers and silicon carbide fibers.
  • the fibers b) can be chosen individually from carbon fibers, aramid fibers, silicon carbide fibers, but any combination of such fibers can also be used, such as carbon and aramid fibers, carbon fibers and silicon carbide, aramid fibers and silicon carbide and other similar combinations.
  • the fabrics according to the invention can be used for the manufacture of any pieces which can be obtained by impregnation with resin and molding. It is thus possible to produce laminates comprising several layers of fabrics impregnated with resin, for example two or three layers. It is also possible, as is known in the art, to impregnate a fabric according to the invention with a resin such as a phenolic resin and to stick it on one side or on both sides of a honeycomb structure. bees. Sandwich structures are thus produced with greater inertia. These manufacturing techniques are known to those skilled in the art and need not be explained further. useful purposes, one can refer for example to the work "Practical guide of composite materials" 2nd edition (1985) by M. Geier and D. Duedal Editions Lavoisier (France).
  • the articles and structures comprising the fabrics according to the invention can find very varied applications, whenever products with sufficient fire resistance are needed. Outside the aeronautical field, one can also cite that of construction, such products being usable for the interior fitting out of performance halls, public places and others.
  • a base mixture was used containing, by weight, 67% of textured glass fibers and 33% of aramid fibers ("Kevlar" type 49).
  • the textured glass fibers had a weight per unit length of 34 tex.
  • a fabric the mechanical properties of which were as follows, woven from this mixture of fibers, as measured on laminated samples for laboratory tests, comprising 12 layers of impregnated fabric, so as to produce specimens of 3 mm in diameter. thickness. Flexural strength: 340 Mpa Flexural modulus: 27000 MPa Shear strength: 30 MPa The impregnation resin was a modified phenolic resin (Vicotex 250 from Brochier SA) at a rate of 55%.
  • Example 2 a fabric was produced in all points similar to that of Example 1, but by replacing the aramid fibers with the same proportion (33%) of silicon carbide fibers SiC, Nicalon type.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Woven Fabrics (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)

Description

  • L'invention concerne des tissus techniques ayant de remarquables propriétés de résistance au feu. Voir par exemple AU-A- 61662 L'invention est également relative aux articles comprenant un tel tissu, en particulier les articles obtenus par imprégnation de ces tissus à l'aide d'une résine, et éventuellement en combinaison avec d'autres constituants, en réalisant ainsi des structures ayant des domaines d'application très variés, par exemple dans l'industrie aéronautique et dans tous les cas où l'on recherche des produits possèdant une haute résistance au feu.
  • A l'heure actuelle, 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 avions. On constate malheureusement que la plupart des matériaux utilisés ne sont pas capables de satisfaire à toutes les exigences. Ainsi, lors d'un incendie, certains d'entre eux produisent des fumées toxiques ou encore donnent naissance à des points d'incandescence.
  • En menant ses travaux dans le domaine des tissus composés de fibres résistant au feu, la demanderesse a été amenée à mettre au point de nouveaux tissus convenant bien, par imprégnation avec des résines, pour la réalisation d'articles tels que des pièces pour l'aménagement intérieur des avions, qui doivent remplir simultanément un certain nombre d'exigences notamment d'être ininflammables et de présenter de bonnes propriétés mécaniques. On peut ainsi obtenir des structures du genre nid d'abeilles capables de satisfaire aux normes les plus sévères et les plus récentes de l'industrie aéronautique.
  • Ainsi la présente invention a pour objet un tissu à base de fibres, résistant au feu et comprenant un mélange de :
    • a) 50 - 90% en poids environ de fibres texturées "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 désigne une fibre dont l'alignement de chaque filament est aléatoire. 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 mises 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 texturées du tissu selon l'invention possèdent la propriété d'être "non-feu" , expression qui signifie qu'elles sont classées au minimum M1 et de préférence M0 selon la norme française NF 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 Française de Normalisation (AFNOR), Tour Europe, Paris La Défense. Les essais au feu de matériaux, tels que les tissus selon 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 importe 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 dégagée ne soit pas capable de propager la flamme, soit directement, soit par des points d'incandescence 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'industrie aéronautique , les fibres "non-feu" sont celles qui, d'après le classement qui vient d'être mentionné, sont classées M0 ou M1.
  • Le deuxième constituant du tissu selon l'invention consiste en des fibres techniques qui présentent des caractéristiques suffisantes de rigidité et qui en combinaison avec les fibres a), procurent au tissu des propriétés globales de résistance au feu permettant de satisfaire aux normes 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 supérieur 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 filaments 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 avantages sont particulièrement apparents lorsque, comme on le préfère , on utilise le tissu selon l'invention pour la fabrication de matériaux composites, 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 particulier de 50 à 60% .
  • Les fibres texturées permettent d'obtenir des articles 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 procurent un meilleur interface fibre /résine,car elles réalisent une plus grande surface de contact avec la résine. Par ailleurs , les tissus et articles à base de fibres texturées ont une masse surfacique faible , en raison de la structure " gonflée" desdites fibres .
  • Egalement, lorsque les fibres a) et les fibres b) possèdent des coefficients de dilatation thermique linéaire sensiblement différents , l'utilisation de fibres a) texturées dans les tissus selon l'invention permet d'éliminer l'effet néfaste de la différence de dilatation entre les fibres a) et les fibres b) . En effet , les fibres texturées a) présentent une répartition aléatoire des filaments qui est favorable à la compensation des dilatations.Au contraire,les fibres non texturées , mélangées aux fibres b) , peuvent entraîner des voilages et des déformations dans les articles finis , obtenus après imprégnation de résine.
  • On peut encore observer que la drapabilité (ou déformabilité ) des tissus comprenant des fibres texturées a) est meilleure que si l'on met en oeuvre des fibres non texturées.
  • Les fibres qui entrent dans la catégorie a) et sont préférées par l'invention sont les fibres de verre . De telles fibres texturées ont un poids par unité de longueur qui peut varier dans d'assez larges limites , en particulier 11 à 126 tex (1 tex représente le nombre de gramme par kilomètre de fibres) . D'autres exemples de fibres utilisables sont les fibres d'aramide texturées, par exemple 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 exemples de fibres b) sont les fibres de carbone , les fibres d'aramide et les fibres de carbure de silicium.
  • Lorsque, dans la présente description, il est question de mélange de fibres a) 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 être utilisés pour la fabrication de pièces quelconques susceptibles d'être 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'invention 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 ainsi des structures sandwichs ayant une inertie plus grande . Ces techniques de fabrication sont connues de l'homme du métier et n'ont pas besoin d'être davantage explicitées .A toutes 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 selon l'invention peuvent trouver des applications très variées , chaque fois qu'on a besoin de produits ayant une résistance au feu suffisante . En dehors du domaine aéronautique , on peut citer aussi celui de la construction, de tels produits étant utilisables pour l'aménagement intérieur de salles de spectacles , lieux publics et autres .
  • L'invention sera illustrée, sans être aucunement limitée par les exemples qui suivent :
  • EXEMPLE 1
  • 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 qui mesurées sur des échantillons stratifiés pour essais de laboratoire, comportant 12 couches de tissu imprégné, 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 modifiée (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 remplaçant les fibres d'aramide par la même proportion (33%) de fibres de carbure de silicium SiC, type Nicalon.
  • Les caractéristiques mécaniques étaient les suivantes:
    Résistance à la flexion: 380 Mpa
    Module de flexion: 29000 MPa
    Résistance au cisaillement: 36 Mpa

Claims (9)

  1. Tissu à base de fibres, résistant au feu et comprenant un mélange de :
    a) 50-90% en poids environ de fibres texturées "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.
  2. Tissu selon la revendication 1,dans lequel les fibres (a) sont des fibres de verre.
  3. Tissu selon la revendication 1, dans lequel les fibres (b) ont un module de traction supérieur à 55000 Mpa environ.
  4. Tissu selon la revendication 1,dans lequel les fibres (b) comprennent des fibres de carbone.
  5. Tissu selon la revendication 1,dans lequel les fibres (b) comprennent des fibres d'aramide.
  6. Tissu selon la revendication 1, dans lequel les fibres (b) comprennent des fibres de carbure de silicium.
  7. Article comprenant un tissu selon la revendication 1 et une résine d'imprégnation.
  8. Article selon la revendication 7 dans lequel la résine d'impregnation est une résine phénolique.
  9. Article selon la revendication 7, dans lequel le taux de résine est de 30 à 60% en poids, en particulier de 50 à 60% en poids, par rapport au poids de l'article.
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