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Title:
FIREPROOFING INSULATING MATERIAL ADAPTED FOR AERONAUTICAL INSULATION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2001/003916
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention concerns a multiply material with fireproofing function (1) for heat and sound insulation comprising at least a fibrous insulating ply (3) and at least a ply with fireproofing function (2) obtained from fire-resistant mineral fibres arranged so as to form a mineral fibre wool and said ply (or plies) with fireproofing function (2) co-operate with the fibrous insulating ply (or plies) to provide the multiply material (1) with heat insulating property. The invention also concerns a method and a device for making said material. Said multiply material enables to make fire-resistant insulating elements, in particular insulating elements for aircraft fuselage.

Inventors:
Molins, Laurent (80 avenue du Maréchal Leclerc Souppe sur Loing, F-77460, FR)
Tavernier, Hubert (1 rue du Bois de Boulogne Neuilly sur Seine, F-92200, FR)
Rieunier, Jean-baptiste (6 rue de la Papeterie Nogent sur Oise, F-60180, FR)
Application Number:
PCT/FR2000/002012
Publication Date:
January 18, 2001
Filing Date:
July 12, 2000
Export Citation:
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Assignee:
Saint-gobain, Isover (18 avenue d'Alsace Courbevoie, F-92400, FR)
Saint-gobain, Quartz (108 avenue Carnot Saint-Pierre-les-Nemours, F-77792, FR)
Molins, Laurent (80 avenue du Maréchal Leclerc Souppe sur Loing, F-77460, FR)
Tavernier, Hubert (1 rue du Bois de Boulogne Neuilly sur Seine, F-92200, FR)
Rieunier, Jean-baptiste (6 rue de la Papeterie Nogent sur Oise, F-60180, FR)
International Classes:
B29B15/12; B29C70/50; B32B5/26; B32B38/08; B64C1/40; C09K21/14; F16L59/00; G10K11/162; (IPC1-7): B32B5/26; B29C67/24; B32B31/00; F16L59/02
Domestic Patent References:
1996-07-18
1993-10-28
Foreign References:
GB2032845A1980-05-14
GB1587270A1981-04-01
DE29705691U11997-09-04
Attorney, Agent or Firm:
Muller, René (Saint-Gobain Recherche 39, quai Lucien Lefranc Aubervilliers, F-93300, FR)
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Claims:
REVENDICATIONS
1. Matériau multiplis à fonction antifeu (1) pour isolation thermique et acoustique comportant au moins un pli d'isolant fibreux (3) et au moins un pli à fonction antifeu (2) caractérisé en ce que un (ou des) pli (s) à fonction antifeu (2) est (sont) obtenu (s) à partir de fibres minérales résistantes au feu disposées de manière à constituer une laine de fibres minérales et en ce que ce (ou ces) pli (s) à fonction antifeu (2) coopère (nt) avec le (ou les) pli (s) d'isolants fibreux (3) pour conférer le pouvoir d'isolant thermique du matériau multiplis (1).
2. Matériau multiplis à fonction antifeu (1) selon la revendication 1 caractérisé en ce que la laine de fibres minérales que comprend au moins un pli à fonction antifeu est constituée de fibres longues discontinues, notamment dont plus de la moitié des fibres mesure plus de 10 cm de longueur, et qui s'enchevêtrent de manière à former une laine autoporteuse.
3. Matériau multiplis à fonction antifeu (1) selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que au moins un pli à fonction antifeu (2) est une laine de fibres de silice amorphe.
4. Matériau multiplis à fonction antifeu (1) selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce que au moins un pli à fonction antifeu (2) est un feutre de fibres de silice amorphe préparé à partir d'une laine de fibres de silice amorphe.
5. Matériau multiplis à fonction antifeu (1) selon la revendication 3 ou 4 caractérisé en ce que les fibres de silice qui constituent la laine ou le feutre de silice ont un diamètre inférieur à 10 llm et en ce que la laine ou le feutre obtenu à partir de ces fibres a une masse volumique inférieure à 80 kg/m3, de préférence inférieure à 50 kg/m3 et une conductivité thermique A, mesurée à 24°C, inférieure à 60 mW/m. K.
6. Matériau multiplis à fonction antifeu (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'au moins un pli d'isolant fibreux (3) avec lequel coopère au moins un pli à fonction antifeu (2), est constitué de fibres de verre de diamètre moyen inférieur à 2 jum, de préférence inférieur à 1 Mm, et en ce que le pli d'isolant fibreux (3) obtenu avec ces fibres a une masse volumique inférieure à 20 kg/m3, de préférence inférieure à 10 kg/m3 et une conductivité thermique,, mesurée à 24°C, inférieure à 50 mW/m. K, notamment inférieure à 40 mW/m. K.
7. Matériau multiplis à fonction antifeu (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les fibres qui constituent au moins un pli d'isolant fibreux (3), sont des fibres de verre dont la composition comprend au moins 4 % d'oxyde de bore (B203) en masse.
8. Matériau multiplis à fonction antifeu (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le ratio R/mv est supérieur à 106 pour chacun des plis (chaque pli étant rapporté à une épaisseur de 25 mm) qui constituent le matériau multiplis à fonction anti feu et de préférence supérieur à 5.105 pour au moins le pli d'isolant fibreux (3) et/ou de préférence supérieur à 105 pour au moins un pli à fonction antifeu (2), où R est la résistance thermique du pli considéré (exprimée en m2. K/mW, avec X mesuré à 24°C) pour une épaisseur de 25 mm et mv la masse volumique (exprimée en kg/m3) du matériau qui constitue le pli considéré.
9. Matériau multiplis à fonction antifeu (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'ensemble des plis à fonction antifeu (2) représente entre 5 et 30 % de la masse du matériau multiplis à fonction antifeu (1).
10. Matériau multiplis à fonction antifeu (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que au moins un pli à fonction antifeu (2) est obtenu à partir d'une laine de fibres minérales comprimée et/ou imprégnée par un liant et en ce que ce pli présente une reprise d'épaisseur d'un facteur au moins égal à 5, de préférence supérieur ou égal à 10 après relâchement de la compression et/ou.
11. Elément d'isolation (5) constitué au moins partiellement par le matériau multiplis à fonction antifeu (1) selon l'une quelque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'élément d'isolation (5) comprend une enveloppe (4) en polymère dans laquelle se trouve le matériau multiplis à fonction antifeu (1).
12. Application à l'isolation thermique et acoustique de fuselage d'avion des éléments d'isolation (5) selon la revendication 11 et/ou du matériau multiplis à fonction antifeu (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, notamment à l'aide d'éléments d'isolation découpés et scellés par l'enveloppe de polymère, adaptés à l'emplacement du fuselage auquel ils sont destinés et orientés de manière à ce qu'au moins un pli à fonction antifeu (2) soit disposé plus près du fuselage qu'au moins un pli d'isolant fibreux (3).
13. Procédé de fabrication du matériau multiplis à fonction antifeu (1) dont les caractéristiques apparaissent dans l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : disposer au moins un pli d'isolant fibreux (3) et des fibres minérales résistantes au feu de manière à permettre leur assemblage ; former au moins un pli à fonction antifeu (2) à partir de fibres minérales résistantes au feu, disposées de manière à constituer une laine de fibres minérales ; assembler au moins un pli à fonction antifeu (2) avec au moins un pli d'isolant fibreux (3) de manière à ce que au moins une partie des fibres d'au moins un pli d'isolant fibreux (3) s'enchevêtre avec des fibres d'au moins un pli à fonction antifeu (2) dans au moins une partie de l'interface (6) de ces plis.
14. Procédé de fabrication du matériau multiplis à fonction antifeu (1) selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'on réalise la coimprégnation d'un pli d'isolant fibreux (2) et d'un pli à fonction antifeu (2) au moyen d'un liant, de sorte qu'un pli à fonction antifeu (2) est obtenu sous forme d'un feutre de laine minérale.
15. Procédé de fabrication du matériau multiplis à fonction antifeu (1) selon la revendication 13 caractérisé en ce que l'étape de formation du pli à fonction antifeu (2) est simultanée avec l'étape d'assemblage, au moins un pli à fonction antifeu (2) étant obtenu par flocage de fibres résistantes au feu sur au moins un autre pli.
16. Dispositif pour la fabrication du matériau multiplis à fonction antifeu (1) selon la revendication 14 caractérisé en ce qu'il comprend : un ou plusieurs moyen (s) de distribution (301) qui délivrent au moins une nappe (302) de matériaux fibreux destinée à constituer au moins un pli d'isolant fibreux (3) et au moins une nappe (303) de fibres minérales résistantes au feu, disposées de manière à constituer une laine de fibres minérales et destinées à constituer au moins un pli à fonction antifeu ; une cuve (305) contenant un liquide constitué d'un liant et possiblement d'un solvant ; des moyens de guidage (304,307) d'au moins une nappe à travers la cuve ; des moyens de compression (306) des nappes l'une sur l'autre, situés en aval de l'entrée dans la cuve ; des moyens (308) qui sont aptes à évaporer partiellement ou totalement le solvant et/ou à polymériser partiellement ou en totalité le liant retenu par les nappes coimprégnées.
Description:
MATERIAU ISOLANT ANTI-FEU, ADAPTE A L'ISOLATION AERONAUTIQUE, PROCEDE ET DISPOSITIF DE FABRICATION CORRESPONDANTS L'invention se rapporte au domaine des produits légers pour l'isolation et concerne plus particulièrement un matériau d'isolation thermique et acoustique, particulièrement adapté pour l'isolation des fuselages d'avion, constitué de plusieurs plis de matériaux isolants thermiques, ainsi qu'un procédé de fabrication et un dispositif de fabrication.

On nomme"pli"un volume constitué de préférence d'une matière de composition macroscopique moyenne globalement uniforme, notamment à l'échelle du cm3, et dont une dimension est notablement inférieure à au moins une autre dimension.

Des éléments d'isolation thermique sont couramment utilisés pour isoler les fuselages d'avion. Ces éléments sont situés entre la peau extérieure du fuselage, généralement en alliage à base d'aluminium et les revêtements intérieurs de la cabine de l'avion, visibles des passagers.

Ces éléments d'isolation se présentent usuellement sous la forme de panneaux de quelques dizaines de centimètres de large, de l'ordre de un à deux mètres de hauteur et de quelques centimètres d'épaisseur. Ils sont adaptables à la forme du fuselage contre lequel ils peuvent être plaqués.

Des découpes peuvent être faites dans ces éléments, par exemple pour ménager une ouverture correspondant à un hublot. Plusieurs panneaux peuvent être superposés dans des zones où une isolation renforcée est nécessaire.

Ces éléments d'isolation sont constitués le plus souvent d'une enveloppe en polymère dans laquelle est inséré un matériau isolant. Le matériau isolant, utilisé sur la plupart des avions actuellement en service, est constitué d'un matelas de fibres de verre recouvert d'une feuille de polyester (connu sous le nom commercial de MYLAR) métallisé. Le matelas de fibres de verre est généralement constitué de fibres de diamètre très fin,

et de très faible masse volumique (moins de 10 kg/m3). Son épaisseur standard est de 25,4 mm (1 inch). Dans ce cas, le matériau isolant comprend un seul pli de matériau isolant que constitue le matelas de fibres de verre, la feuille de polyester métallisé jouant un rôle de réflecteur mais pas d'isolant thermique.

Ces éléments d'isolation assurent des fonctions d'isolation thermique et phonique et doivent pouvoir résister à une flamme pendant un temps donné.

En effet, dans la plupart des accidents d'avion suivis d'un feu, l'intérieur de l'avion peut s'enflammer à cause du carburant brûlant à l'extérieur de l'avion. C'est la raison pour laquelle la capacité du fuselage à jouer un rôle de barrière au feu est très importante pour permettre aux survivants de quitter l'avion. La qualité de cette barrière au feu est liée à la pénétration de la flamme à travers les trois couches successives décrites ci-dessus, à savoir la peau en aluminium, l'isolant et les revêtements intérieurs de la cabine.

La résistance au perçage par une flamme de la peau en aluminium est bien établie : on estime qu'il faut entre 30 et 60 secondes pour que cette peau fonde. La couche suivante fait également écran au feu : les éléments d'isolation usuellement employés sont percés par la flamme en une à deux minutes. Enfin, les revêtements intérieurs, généralement composés de matériaux en nid d'abeille, offrent une dernière barrière au feu.

Cependant, la résistance totale du fuselage à la propagation d'une flamme s'avère insuffisante au regard de l'exigence croissante de sécurité.

En effet, suite à des accidents récents, il a été établi que la résistance au feu des éléments d'isolation des parois d'avion devait être très significativement augmentée. L'Administration Fédérale de l'Aviation Américaine (FAA) recommande depuis septembre 1998 des améliorations signifiées à tous les constructeurs en ce sens. Il a été établi que l'action doit porter prioritairement sur le remplacement des matériaux isolants

actuels par des matériaux capables de résister à la pénétration d'une flamme au moins deux fois plus longtemps.

Un projet de norme d'essais provisoire a été rendu public par la FAA sous le nom de"Test method to determine the flammability/burnthrough characteristics of thermal/acoustical insulation materials". (Méthode de test pour déterminer l'inflammabilité et les caractéristiques au perçage par une flamme de matériaux isolants thermiques et/ou acoustiques), référencé"Draft burnthrough test standard for aircraft insulation" Ce test permet d'évaluer la résistance au perçage par une flamme du matériau isolant quand il est exposé à une flamme ouverte de forte intensité. Cette flamme est, par exemple, produite par un brûleur à kérosène réglé afin d'obtenir un flux de carburant de 0,378 litres/mn (6.0 gal/hr) à 0,71 MPa (100 lb/in2). L'échantillon de matériau isolant à tester est placé sur un bâti métallique, à 102 mm (4 in) du bord externe du brûleur. La taille recommandée de cet échantillon est de 813 mm (32 in) de large, par 914 mm (36 in) de longueur pour des matériaux isolants du type des fibres de verre. Le temps de perçage à la flamme est défini comme le temps nécessaire pour que la flamme du brûleur pénètre à travers l'échantillon à tester, et/ou le temps nécessaire pour que le flux de chaleur atteigne 2,27 W/cm2 (2.0 Btu/ft2. sec) sur la face interne (face arrière par rapport au brûleur), mesuré à une distance de 30,5 cm (12 in) à partir de la surface externe (dirigée vers le brûleur) du bâti métallique qui supporte le matériau isolant à tester.

On nommera par la suite"matériau à fonction anti-feu", un matériau dont les propriétés sont améliorées par rapport au matériau isolant traditionnel, c'est à dire dont le temps de perçage à la flamme est allongé. De préférence, on choisira un allongement du temps de perçage d'un facteur 4 par rapport à la durée de résistance au test de perçage à la flamme d'un matériau isolant constitué d'un matelas de fibres de verre de diamètre fin recouvert d'une feuille de polyester.

Un matériau satisfaisant doit également présenter des qualités

différentes atmosphères et résister à l'humidité, ne pas générer de gaz toxique ni de fumée importante lors de sa combustion et/ou de sa fusion.

La masse volumique, mv, souhaitée, se situe avantageusement entre 6 et 10 kg/m3 et l'on souhaite obtenir une conductivité thermique X (en mW/m. K) aussi faible que possible, se rapprochant de celle des matériaux isolants à fibres de verre qui s'établit à 36 mW/m. K à 24° C.

Plusieurs produits isolants sont actuellement développés afin de répondre à ces nouvelles exigences.

Plusieurs solutions ont été recensées et présentées dans un article de synthèse :"full scale text evaluation of aircraft fuel fire : burnthrough resistance improvements" (SAMPE Journal, Vol. 33, N° 4, July/August 1997, P. 32 à 38).

Une des solutions envisagées consiste à utiliser un matelas de fibres de polyacrilonitile (PAN) oxydé connues sous le nom commercial de CURLON. Ces fibres ont un diamètre d'environ 8 pm. La résistance à la propagation d'une flamme, telle que définie ci-dessus, est environ quatre fois supérieure à celle du matelas de fibres de verre utilisé traditionnellement. Cependant, les propriétés d'isolation phonique sont nettement inférieures à celles du matelas traditionnel. En outre, des incertitudes demeurent quant à l'innocuité des gaz et fumées générés par la combustion des fibres de PAN, surtout en atmosphère oxydante.

Une autre solution consiste à utiliser une couche protectrice contre le feu constituée de fibres d'oxyde cristallines, par exemple les fibres connues sous le nom commercial de NEXTEL. Ces fibres sont continues, d'un diamètre d'environ 10 à 12 um. Elles peuvent être tissées pour constituer la couche protectrice ou bien être réunies par un liant pour former un voile ou un papier de fibres céramiques. L'association de cette couche protectrice avec un matelas traditionnel de fibres de verre, sur la surface externe destinée à être la plus proche de la peau du fuselage, permet d'augmenter d'un facteur d'au moins 4, la résistance à la propagation de la flamme.

Des précisions sur un matériau isolant de ce type, adapté aux applications aéronautiques peuvent être obtenues de la demande de brevet WO 96/21822. Ce document décrit un panneau d'isolation comportant une enveloppe thermoplastique de polyoléfine dans laquelle est inséré un matériau isolant. Ce dernier est constitué d'un isolant fibreux, par exemple à base de fibres de verre et d'une couche résistante à haute température. Cette couche est constituée, d'après les exemples cités, de fibres d'aluminoborosilicate (connues sous le nom commercial de NEXTEL). Le rôle bénéfique de l'enveloppe en polyoléfine est mis en évidence.

Ces solutions permettent au matériau d'isolation thermique de résister à la propagation d'une flamme pendant un temps satisfaisant au regard des nouvelles exigences.

Toutefois, face aux exigences toujours croissantes des milieux intéressés, il apparaît souhaitable d'améliorer encore ces matériaux.

A cet égard, l'invention a pour but d'améliorer les performances des isolants, notamment au regard de l'optimisation conjointe des différentes propriétés, tout particulièrement au regard de la masse volumique du matériau d'isolation.

Le but d'amélioration des performances du matériau d'isolation anti- feu à un coût acceptable, ainsi que d'autres buts qui apparaîtront par la suite, est atteint par l'invention grâce à un matériau multiplis à fonction anti-feu pour isolation thermique et acoustique comportant au moins un pli d'isolant fibreux et un (ou des) pli (s) à fonction anti-feu obtenu (s) à partir de fibres minérales résistantes au feu disposées de manière à constituer une laine de fibres minérales et où ce (ou ces) pli (s) à fonction anti-feu coopère (nt) avec le (ou les) pli (s) d'isolant fibreux pour conférer le pouvoir d'isolant thermique du matériau multiplis.

L'invention vise en particulier une masse volumique inférieure à celle du produit décrit dans WO 96/21822. Elle obvie également à l'inconvénient de surcoût important que génèrent les solutions connues de

On nomme"isolant fibreux"un matériau à base de fibres enchevêtrées dont la masse volumique, mv, est faible, typiquement inférieure à 50kg/m3, de préférence inférieure à 10kg/m3, et dont la conductivité thermique, X, est faible, typiquement inférieure à 50 mW/m. K (pour 10 kg/m3, mesuré à 24°C), de préférence inférieure à 40 mW/m. K (pour 10 kg/m3, à 24°C). Les fibres de verre sont, en général, revêtues d'un liant, notamment à base phénolique. Le terme"matelas"est communément utilisé pour désigner un pli d'isolant fibreux.

On appelle, dans la description,"laine"un produit fibreux constitué de fibres enchevêtrées non tissées, dépourvu de liant et présentant une masse volumique faible, notamment inférieure à 80 kg/m3, de préférence à 50 kg/m3.

Dans le cas de laine de fibres fabriquées en chauffant et en étirant des matières de composition identique à celle des fibres, on peut obtenir un enchevêtrement des fibres dû au procédé de fibrage lui-même.

On nomme"fibres minérales résistant au feu"des fibres amorphes ou cristallisées partiellement ou totalement, capables de résister à une flamme de 1000°C sans se dégrader pendant plus de cinq minutes.

Ce type de fibre peut par exemple être obtenu avec des matériaux amorphes dont la température de transition vitreuse est supérieure à 1000°C ; il peut également être obtenu avec des matériaux amorphes à température de transition vitreuse inférieure, mais qui présentent des réarrangements structuraux permettant de faire cristalliser au moins partiellement la fibre au cours de la montée en température correspondant à l'exposition à la flamme du matériau fibreux isolant constitué de ces fibres. On peut citer par exemple le cas des fibres dont la composition se rapproche des basaltes ou qui cristallisent dans une phase de wollastonite. Les matériaux cristallisés dont la température de fusion est supérieure à 1000°C permettent également d'obtenir des fibres satisfaisantes.

Le pouvoir isolant d'un matériau se caractérise par la résistance thermique, R, obtenue par le ratio de l'épaisseur du matériau, e, et de la conductivité thermique, k : R=e/ ? L.

A titre indicatif, on considère qu'un pli de matériau joue un rôle d'isolant thermique significatif, et peut coopérer avec un autre pour conférer le pouvoir d'isolant thermique d'un matériau multiplis si sa résistance, R (exprimé en m2. K/mW) est supérieur à 10-4 de préférence à 4.10-4, pour X mesuré à 24°C et une épaisseur nominale de 25 mm.

Selon une réalisation préférée de l'invention la laine de fibres minérales que comprend au moins un pli à fonction anti-feu, est constituée de fibres longues discontinues, notamment dont plus de la moitié des fibres mesure plus de 10 cm de longueur, et qui s'enchevêtrent de manière à former une laine autoporteuse.

On entend par"laine autoporteuse"un matériau qui peut être manipulé sans se désagréger en absence de liant. Sa tenue mécanique est notamment assurée par un enchevêtrement important des fibres entre elles. Le matériau peut être ainsi soumis à des sollicitations vibratoires et conserver son intégrité.

Cette propriété est notamment intéressante quand un matériau fibreux comprenant un liant est soumis à une température supérieure à la combustion et/ou vaporisation du liant et conserve son intégrité et ses propriétés d'isolant thermique. Le fait pour un matériau d'être autoporteur dans les conditions du test de perçage à la flamme, confère une qualité supplémentaire très importante.

Selon une réalisation de l'invention, le matériau isolant qui constitue au moins un pli à fonction anti-feu est une laine de fibres de silice amorphe.

Selon une variante avantageuse de l'invention, le matériau qui constitue au moins un pli à fonction anti-feu, est un feutre de fibres de silice amorphe préparé à partir d'une laine de silice amorphe.

On nomme"feutres", un matériau constitué de fibres enchevêtrées non tissées obtenu à partir d'une laine de fibres qui a été imprégnée d'un liant organique et/ou minéral et présentant une masse volumique faible, notamment inférieure ou égale à 50 kg/m3, de préférence inférieure ou égale à 20 kg/m3.

Selon une réalisation préférée de l'invention les fibres de silice amorphe qui constituent la laine ou le feutre de fibres de silice amorphe ont un diamètre inférieur à 10 um et permettent d'obtenir des laines ou des feutres dont la masse volumique est inférieure à 80 kg/m3, de préférence à 50 kg/m3 et notamment inférieure à 20 kg/m3 pour les feutres, avec une conductivité thermique, A, mesurée à 24°C, inférieure à 60 mW/m. K.

On note que l'utilisation de fibres de silice amorphe permet de s'affranchir des risques toxiques généralement liés à l'utilisation de fibres minérales. En effet, le diamètre des fibres de silice peut être supérieur à 5 um ce qui ne les rend pas inhalables. En outre si leur diamètre est inférieur à 5 pm, elles sont très peu inhalables car elles présentent généralement une très grande longueur comparée à la taille de leur diamètre.

De plus, il a été démontré que les fibres de silice amorphe sont entièrement biosolubles.

Selon une variante de l'invention, au moins un pli d'isolant fibreux, avec lequel coopère le pli à fonction anti-feu, est constitué de fibres de verre d'un diamètre moyen inférieur à 2 um, de préférence inférieur à 1 pm, et qui permettent d'obtenir un isolant fibreux de masse volumique inférieure à 20 kg/m3, de préférence inférieure à 10 kg/m3 avec une conductivité thermique, X, mesurée à 24°C, inférieure à 50 mW/m. K, notamment inférieure à 40 mW/m. K.

Selon une réalisation préférée de l'invention, la composition des fibres de verre d'au moins un pli d'isolant fibreux comprend au moins 4 % en masse d'oxyde de bore, B203. Cet ajout de B203 permet de diminuer la

conductivité thermique du pli d'isolant fibreux comparé à un pli constitué de fibres de verre de même composition relative dépourvu de B203.

Selon une variante avantageuse de l'invention, la résistance thermique, R, de chacun des plis (rapporté à une épaisseur de 25 mm) du matériau multiplis divisée par la masse volumique mv du pli considéré (soit : R/mv, R exprimé en m2. K/mW et mv en kg/m3, en considérant . mesuré à 24°C) est supérieur à 10-6, notamment supérieur à 5.10-5 pour le pli d'isolant fibreux et/ou notamment supérieur à 10-5 pour le pli à fonction anti-feu.

Selon une réalisation de l'invention l'ensemble des plis à fonction anti-feu en feutre de silice représente entre 5 et 30 % de la masse du matériau multiplis.

Selon une réalisation préférée de l'invention, au moins un pli à fonction anti-feu est obtenu à partir d'une laine de fibres minérales comprimée et/ou imprégnée par un liant et présente une reprise d'épaisseur d'un facteur au moins égal à 5 de préférence supérieur ou égal à 10 après relâchement de la compression et/ou consumation et/ou évaporation du liant.

On nomme reprise d'épaisseur, le ratio entre l'épaisseur d'un pli, notamment de laine minérale, après relâchement d'une compression et/ou élimination d'un liant qui maintient la laine comprimée, et l'épaisseur initiale du pli, maintenu comprimé par une force de compression, par exemple une enveloppe dans laquelle la laine peut être tassée, et/ou par un liant.

L'invention concerne également un élément d'isolation constitué d'une enveloppe en polymère dans laquelle est inséré le matériau multiplis décrit ci-dessus. Cette enveloppe peut être constituée notamment de polyester (par exemple du PET) et/ou bien de fluorure de polyvinyle (PVDF), et/ou de polyamide connu notamment sous le nom KAPTON.

Cette enveloppe est mince (de préférence inférieure à 100 um et généralement 10 à 40 pm) et a pour fonction de contenir le matériau

L'invention concerne également les éléments d'isolation constitués par le matériau multiplis et l'enveloppe en polymère qui le contient, pour des applications d'isolation thermique et acoustique de fuselage d'avion, notamment les éléments d'isolation découpés et scellés par l'enveloppe de polymère, adaptés à l'emplacement du fuselage auxquels ils sont destinés.

Les éléments d'isolations sont orientés, de préférence, de manière à ce que au moins un pli anti-feu soit disposé plus près du fuselage qu'au moins un pli d'isolant fibreux.

L'invention concerne également un procédé de fabrication du matériau qui comprend les étapes suivantes : - disposer au moins un pli d'isolant fibreux et des fibres minérales résistantes au feu de manière à permettre leur assemblage ; - former au moins un pli à fonction anti-feu à partir de fibres minérales résistantes au feu, disposées de manière à constituer une laine de fibres minérales ; - assembler au moins un pli à fonction anti-feu avec au moins un pli d'isolant fibreux de manière à ce que au moins une partie des fibres d'au moins un pli d'isolant fibreux s'enchevêtre avec des fibres d'au moins un pli à fonction anti-feu dans au moins une partie de l'interface de ces plis.

L'assemblage permettant l'enchevêtrement partiel des fibres des deux plis peut être obtenu par contrecollage des deux plis ou par couture des plis. Ces deux méthodes d'assemblage conduisent à un chevauchement de fibre relativement limité. Des techniques d'aiguilletage sont envisageables mais conduisent à une densification importante du matériau. On préfère à ces techniques un assemblage par coimprégnation d'au moins une partie des plis ou par flocage de fibres de l'un des plis sur un autre.

La coimprégnation consiste à utiliser l'étape de fabrication du pli à fonction anti-feu constitué du feutre de fibres minérales résistant au feu à

d'isolant fibreux. Cette coimprégnation peut, par exemple, être obtenue en utilisant un liant à base d'alcool polyvinyle (PVA). D'autres liants peuvent être utilisés, comme les liants à base de résines phénoliques et/ou les liants à base de matériau céramique ou céramisable. On réalise ainsi la coimprégnation d'un pli d'isolant fibreux et d'un pli à fonction anti-feu au moyen d'un liant, de sorte qu'un pli à fonction anti-feu est obtenu sous forme d'un feutre de laine minérale.

Le flocage consiste à mettre à profit les effets d'un champ électrique pour, par exemple, fabriquer une laine de fibres sur un substrat. Dans ce cas le substrat peut avantageusement être constitué d'un pli de matériau fibreux revêtu d'un liant, non polymérisé (par exemple de fibres de verre).

Des fibres d'une autre nature (par exemple, des fibres de silice amorphe) peuvent être placées dans un système de distribution percé de trous. Un champ électrique est appliqué entre le système de distribution et le substrat. Le substrat peut avantageusement défiler en continu ou de manière semi-continue sous le système de distribution. Les fibres, issues du système de distribution, sont chargées et une accélération leur est conférée par l'action du champ électrique. Elles viennent alors se ficher dans le substrat. Un pli de fibres, disposées de manière à constituer une laine, peut être ainsi obtenu. L'épaisseur de cette laine peut, par exemple, être choisie en contrôlant la vitesse de défilement du substrat. Des moyens de polymérisation sont ensuite utilisés de manière à consolider le substrat et la laine déposée sur le substrat. Pour obtenir le matériau multiplis selon l'invention, l'étape de formation du pli à fonction anti-feu est simultanée avec l'étape d'assemblage, au moins un pli à fonction anti-feu étant obtenu par flocage de fibres résistantes au feu sur au moins un autre pli.

L'invention concerne également un dispositif pour fabriquer le matériau multiplis résistant au feu qui comprend au moins un ou plusieurs moyen (s) de distribution qui délivrent au moins une nappe de matériaux fibreux destinée à constituer au moins un pli d'isolant fibreux

de manière à constituer une laine de fibres minérales et destinées à constituer au moins un pli à fonction anti-feu ; des moyens de guidage des nappes ; une cuve d'imprégnation contenant un liquide constitué d'un liant et possiblement d'un solvant, dans laquelle sont introduites les nappes ; des moyens de compression des nappes imprégnées partiellement ou en totalité par le liquide ; des moyens aptes à évaporer partiellement ou en totalité le solvant et/ou polymériser partiellement ou en totalité le liant qui imprègne les nappes ; une réception des nappes coimprégnées.

D'autres détails et caractéristiques avantageux de l'invention ressortiront ci-après, de la description d'exemples de réalisation de l'invention, en référence aux figures annexées.

On précise d'abord que, par souci de clarté, les figures ne respectent pas rigoureusement les proportions entre les différents éléments représentés.

La figure 1 représente une coupe d'un élément d'isolation comprenant le matériau multiplis selon l'invention.

Selon cette représentation, l'élément d'isolation 5 est composé d'une enveloppe 4 de faible épaisseur qui entoure le matériau multiplis 1. Dans cette représentation le matériau multiplis 1 est constitué de deux plis : un pli de matériau isolant fibreux 3 recouvert d'un pli à fonction anti-feu 2.

Ces deux plis présentent une interface commune 6. Le nombre de plis et leur nature n'est pas limitative.

La figure 2 représente un aperçu d'une configuration des éléments utilisés pour les essais de résistance au feu, suivant les recommandations du projet de norme d'essais établi par la FAA et mentionné plus haut.

La figure 2.1 représente une vue de la face arrière (non exposée face à la flamme) du bâti métallique en acier inoxydable 21 sur lequel est fixé l'échantillon pendant essais. Ce bâti est composé d'éléments métalliques disposés à l'horizontale 23 et d'éléments métalliques en forme de 1 22 disposés perpendiculairement aux précédents. Un fluxmètre 25 est situé

La figure 2.2 représente un schéma de la configuration d'essai, présentée suivant une coupe (qui correspond à la coupe A-A du bâti, tel que représenté en figure 2.1).

Un échantillon 26 est placé sur le bâti en acier inoxydable 21.

L'échantillon est disposé sur la face arrière du bâti, incliné en direction d'un brûleur. Il vient buter sur les éléments métalliques disposés à l'horizontale 23, et il recouvre les éléments métalliques perpendiculaires 22 en une sur-épaisseur 27. La configuration usuelle consiste à disposer deux échantillons (chacun mesurant 813 mm x 914 mm) côte à côte et présentant un recouvrement partiel de l'un sur l'autre sur une traverse métallique 24 au centre du bâti 21. Un brûleur constitué d'un chalumeau 28 génère une flamme 29 dans les conditions de flux de kérosène prévues par le projet de norme de la FAA.

Afin de comparer différents matériaux entre eux, on relève le temps de perçage (burnthrough time) par la flamme, ainsi que le flux de chaleur maximum atteint, tel que mesuré par le fluxmètre 26.

La figure 3 présente un schéma des différents éléments qui constituent le dispositif de préimprégnation adapté à la fabrication du matériau multiplis selon l'invention. Le dispositif est constitué essentiellement de : - Moyen (s) de distribution 301, qui délivre (nt) au moins une nappe de matériau fibreux 3 et au moins une nappe 302 de fibres minérales résistantes au feu 2 peut (peuvent) être avantageusement constitué (s) d'au moins un mandrin distributeur autour duquel a été préalablement enroulée au moins une nappe de matériau fibreux.

- Moyens de guidage : au moins une nappe de matériau fibreux 302, par exemple à base de fibres de verre, et au moins une nappe de matériau constitué de fibres résistantes au feu 303, par exemple à base de fibres de silice, sont déroulées et guidées par des

notamment de rouleaux. Ces rouleaux peuvent être disposés avantageusement de manière telle que les nappes de matériaux fibreux se superposent et établissent un contact entre elles.

- Une cuve d'imprégnation : les nappes sont ensuite guidées et introduites dans une cuve 305 au moins sur l'épaisseur du pli inférieur à assembler.

Cette cuve comprend un liquide qui peut être constitué au moins d'un liant et pour certains liants, d'un liant et d'un solvant.

- Moyens de compression 306 qui permettent d'appliquer une contrainte de compression sur les plis. On favorise ainsi le chevauchement des fibres entre deux plis de matériau fibreux en contact, et une bonne répartition du liant dans les plis immergés. Le moyen de compression 306 peut notamment être constitué de rouleaux disposés au-dessus et éventuellement en dessous des nappes à assembler.

- Moyens de guidage en aval de la cuve : les nappes coimprégnées sont guidées hors de la cuve par un moyen de guidage 307. Des rouleaux peuvent constituer ce moyen de guidage. Ils peuvent également avantageusement jouer un rôle d'essorage du surplus de liquide qu'auraient entraîné les nappes coimprégnées.

- Moyens 308, qui sont aptes à évaporer partiellement ou totalement le solvant et/ou à polymériser partiellement ou en totalité le liant retenu par les nappes coimprégnées, et sont disposés sur le parcours des nappes. Ces moyens peuvent, par exemple, être constitués de rampes à Infrarouge et/ou de fours que traversent les nappes et/ou de dispositifs de chauffage par micro-ondes.

Après l'étape que permettent ces moyens 308, le matériau multiplis

de réception 309. Il peut, par exemple, être enroulé sur un mandrin ou découpé à plat pour former des éléments d'isolation 5 après avoir été introduit dans une enveloppe 4.

Les exemples suivants mettent en évidence certains avantages obtenus grâce à l'invention.

Huit exemples (référencés Exl à Ex8), constitués d'au moins un pli d'isolant fibreux 3, ont été testés dans les conditions prévues par le projet d'essais de la FAA.

Le (ou les) pli (s) qui constitue (nt) les exemples (Exl à Ex8) ont été encapsulés dans un film de PET pour constituer des éléments encapsulés.

Les tests se sont déroulés dans un local clos, mais ventilé. Les exemples sont constitués de deux éléments encapsulés, chacun d'une dimension de 813 mm x 914 mm. Les deux éléments encapsulés se chevauchent sur l'élément métallique central 23 du bâti. Des pinces permettent de fixer les éléments encapsulés sur le bâti.

L'intervalle entre deux tests successifs est d'au moins 30 minutes de manière à ce que le bâti refroidisse après l'essai.

Les exemples sont tous constitués d'au moins un pli d'isolant fibreux 3 à base de fibres de verre d'isolation liées par un liant phénolique produites par la société ISOVER. La masse volumique de ce pli est de 9,6 kg/m3. L'épaisseur de ce pli est de 50 mm (pour les exemples Exl, Ex2, Ex5, Ex6, Ex8) ou de 40 mm (pour l'exemple Ex7) ou de 25 mm (pour l'exemple Ex4 qui comprend deux plis d'isolant fibreux de la même épaisseur).

Les masses surfaciques sont respectivement d'environ 480 g/m2, 384 g/m2, 240g/m2 L'exemple comparatif, Exl, comprend seulement un pli d'isolant fibreux. Il correspond au matériau usuellement utilisé pour isoler les fuselages d'avion à la date de l'invention.

On mesure un temps de perçage de 15 s et un flux de

Pour les exemples suivants, les plis sont mentionnés dans l'ordre allant de la face arrière vers la face avant, orientée face à la flamme : * L'exemple comparatif, Ex2, comprend un pli d'isolant fibreux et un pli de fibres de silice disposées en voile. On appelle"voile"un matériau fin (dans ce cas, de moins de 1 mm d'épaisseur) où les fibres sont superposées, notamment par une méthode papetière. On obtient un matériau dont les fibres ne s'enchevêtrent pas de manière significative et généralement plus dense qu'une laine constituée à partir des mêmes fibres.

On mesure un temps de perçage d'Ex2 de 103 s et un flux maximum de 3,5 W/cm2 est atteint rapidement.

L'exemple selon l'invention, Ex3, comprend un pli d'isolant fibreux et un pli de feutre de silice. Les fibres de silice utilisées pour obtenir ce feutre de silice mesurent environ 9 lim de diamètre et ont une longueur telle que plus de la moitié d'entre elles mesure plus de 10 cm de longueur.

Ce feutre est obtenu à partir d'une laine autoporteuse où les fibres s'enchevêtrent. Le feutre utilisé a été fabriqué par la société QUARTZ et SILICE.

Le feutre de fibres de silice utilisé pour préparer Ex3 mesure 6 mm d'épaisseur et a une masse surfacique de 80 g/m2.

Lors du test, on constate que Ex3 résiste plus de 4 min sans que la flamme ne le perce, et que le flux de chaleur ne dépasse pas 0,7 W/cm2.

L'exemple selon l'invention, Ex4, est constitué de trois plis : deux plis isolants fibreux de fibres de verre, chacun ayant une épaisseur de 25 mm, enserrent un pli de feutre de silice ayant les mêmes caractéristiques que celui que comprend Ex3.

Le matériau résiste plus de 4 min et le flux de chaleur ne

L'exemple selon l'invention, Ex5, présente deux plis identiques à ceux de Ex2, mais disposés de manière opposée par rapport à la flamme.

Le matériau résiste plus de 4 min, mais le flux de chaleur atteint 3,6 W/cm2.

L'exemple selon l'invention, Ex6, présente la même succession de plis que Ex2, mais avec un pli de feutre de silice de 4 mm d'épaisseur, donc moins épais que celui de Ex2.

Le matériau résiste plus de 4 min et le flux de chaleur ne dépasse pas 0,86 W/cm2.

'L'exemple selon l'invention, Ex7, est constitué d'un pli d'isolant fibreux et d'un pli de laine de silice. Cette laine de silice est autoporteuse et constituée de fibres de silice qui mesurent environ 2 um de diamètre et dont plus de la moitié mesure plus de 10 cm de longueur. Cette laine a été fabriquée par la société QUARTZ et SILICE.

L'épaisseur du pli d'isolant fibreux est de 40 mm et celle du pli de laine de silice est de 10 mm.

L'exemple, Ex7, résiste plus de 4 min et le flux de chaleur reste inférieur à 0,2 W/cm2.

'L'exemple comparatif, Ex8, est constitué d'un pli d'isolant fibreux et d'un papier de fibres céramiques de marque CARBORANDUM, dont la masse surfacique est de 230 g/m2.

Le matériau résiste plus de 4 min et le flux de chaleur ne dépasse pas 0, 5 W/cm2.

Cependant, on constate que le papier de fibres céramique est cassé par endroits et que des vibrations conduiraient à sa désagrégation.

Les exemples selon l'invention comprennent de 10 à 15% en poids de fibres de silice, pour ceux comprenant un pli à fonction anti-feu en

feutre de silice (Ex3 à Ex6) et environ 20% en poids de fibres de silice pour celui comprenant un pli à fonction anti-feu en laine de silice (Ex7).

Le tableau 1 reporte les compositions et caractéristiques principales des exemples testés, ainsi que les résultats de temps de perçage à la flamme et le flux de chaleur maximal mesuré pour chaque exemple.

On constate que le matériau (Exl) constitué uniquement de fibres de verre résiste très peu de temps au test de perçage par la flamme.

Un matériau constitué d'un pli à fonction anti-feu en voile de fibres minérales résistantes au feu (Ex2) ne résiste pas suffisamment longtemps au test de perçage, alors que tous les matériaux testés (Ex3 à Ex7) comprenant un pli à fonction anti-feu constitué d'une laine ou d'un feutre de fibres minérales résistantes au feu résistent plus de 4 minutes au test de perçage par la flamme.

Afin de limiter le flux de chaleur maximal, on préfère orienter le matériau multiplis de manière à ce qu'au moins une couche du pli à fonction anti-feu soit plus proche de la flamme qu'au moins une couche du pli d'isolant fibreux (cas des essais avec Ex2 à Ex4 et Ex6 et Ex7, à la différence de Ex5).

Le matériau constitué d'un pli à fonction anti-feu en papier de fibres céramiques (Ex8) conduit à un bon résultat de temps de perçage mais également présente un surpoids important (masse surfacique totale de plus de 700 g/m2) et à une dégradation rédhibitoire du pli à fonction anti-feu après essais.

On note que les autres solutions connues utilisant d'autres fibres céramiques que celles de Ex8 et densifiées par voie papetière conduisent à des masses surfaciques au moins égales à 200 g/m2 et généralement plus de 500 g/m2.

Les solutions proposées par l'invention sont particulièrement avantageuses à la fois du point de vue des propriétés thermiques et par le fait qu'il est possible d'obtenir des matériaux anti-feu pour isolation thermique de faible masse surfacique et/ou volumique tout en obtenant

une résistance au perçage par la flamme élevée et un faible transfert du flux de chaleur.

On peut illustrer ces propriétés en considérant le ratio R/mv pour les différents plis des différents exemples testés où R est la résistance thermique et mv la masse volumique. Pour ce calcul, on rapporte l'épaisseur des différents plis à une épaisseur nominale de 25 mm.

Le tableau 2 récapitule les données et résultats correspondant aux différents plis.

L'utilisateur peut choisir avantageusement des matériaux où le pli anti-feu joue un rôle d'isolant thermique et coopère avec le pli d'isolant fibreux. Le rôle d'isolant thermique d'un pli est d'autant plus élevé, pour une épaisseur comparable, que le ratio R/mv est élevé. On constate que les exemples selon l'invention (Ex3 à Ex7) permettent d'obtenir des ratio R/mv du pli anti-feu, d'épaisseur nominale de 25 mm, supérieurs à 10-5, qui est avantageusement supérieur à celui obtenu pour les exemples correspondant à des solutions alternatives (Ex2 et Ex8).

En outre, la quantité de fibres minérales résistantes au feu nécessaire pour obtenir une bonne tenue à la flamme est notablement inférieure dans le cas des matériaux selon l'invention comparés aux solutions alternatives : on obtient des temps de perçage et des flux de chaleur maxima du même ordre avec 4 à 6 mm de feutre de fibres de silice (Ex3 et Ex6) soit 10 à 15% du poids du matériau multiplis, ou bien avec 10 mm de laine de fibres de silice (Ex7) soit 20% du poids du matériau multiplis, qu'avec 1 mm de papier de fibres céramiques qui contribue pour environ un tiers du poids du matériau multiplis (Ex8).

Un effet surprenant a été constaté au cours des essais avec les exemples de matériau multiplis selon l'invention. On peut constater que ce matériau soumis à une flamme a un comportement très avantageux car son épaisseur peut augmenter quand sa température s'élève : on peut faire l'hypothèse que dans le cas d'un feutre, en un premier temps le liant du pli à fonction anti-feu se consume ou s'évapore et qu'ensuite les fibres

de la laine de fibres minérales à partir de laquelle le feutre a été obtenu.

Cette reprise d'épaisseur peut atteindre un facteur de l'ordre de 10. Une reprise d'épaisseur du même ordre peut être observée quand le pli à fonction anti-feu est constitué d'une laine de fibre de silice comprimée. Cet effet est particulièrement intéressant pour les applications d'isolation de fuselage, car une fois la paroi d'aluminium percée et quand la température du matériau isolant multiplis augmente, celui-ci est capable de s'épaissir et de prendre du volume, conférant au matériau un effet retardateur supplémentaire de la propagation de la flamme et permet également de retarder la propagation du flux de chaleur vers l'intérieur de la cabine.

L'invention ne se limite pas à ces types particuliers de réalisation et doit être interprétée de façon non limitative et englobant tout type de matériau multiplis pour isolation thermique et acoustique, comportant au moins un pli d'isolant fibreux et au moins un pli à fonction anti-feu, composé d'un feutre de fibres minérales résistantes au feu, où ces deux plis coopèrent pour conférer le pouvoir d'isolant thermique du matériau multiplis. Produit Epaisseur Masse surfacique Temps de perçage Flux de chaieur à la flamme maximal Ex1 Fibres de verre 50 mm 480 g/m2 15 s 4 W/cm2 Fibres de verre 50 mm 480 g/m2 103 s 3,5 W/cm2 Ex2 Voile de fibres de silice <1 mm 12 g/m2 Fibres de verre 50 mm 480 g/m2 >240 s 0,7 W/cm2 Ex3 Feutre de fibres de silice 6 mm 80 g/m2 Fibres de verre 25 mm 240 g/m2 >240 s 1,1 W/cm2 Ex4 Feutre de fibres de silice 6 mm 80 g/m2 Fibres de verre 25 mm 240 g/m2 Feutre de fibres de silice 6 mm 80 g/m2 >240 s 3,6 W/cm2 Ex5 Fibres de verre 50 mm 480 g/m2 Fibres de verre 50 mm 480 g/m2 >240 s 0,86 W/cm2 Ex6 Feutre de fibres de silice 4 mm 60 g/m2 Fibres de verre 40 mm 384 g/m2 >240 s 0,2 W/cm2 Ex7 Laine de fibres de silice 10 mm 96 g/m2 Fibres de verre 50 mm 480 g/m2 >240 s 0,5 W/cm2 Ex8 Papier de fibres céramiques 1 mm 230 g/cm2 Tableau 1 e #(mW/m.K) mv (kg/m3) R/mv = (mesuré à 24°C) #,mv pli de fibres de verre 36 10 7.10-5 (pour tous les Ex) pli de voile de silice environ 100 25 à 15 3 à 5.10-5 (correspond à ex3 à Ex6) pli de feutre de fibres de silice (9 µm) 50 à 60 10 à 15 3 à 5.10-5 (correspond à Ex3 à Ex6) pli de laine de fibres de silice (2 µm) 40 à 45 10 5à 6.10-5 (correspond à Ex7) pli de papier de fibres céramiques 50 à 100 200 à 800 0,03 à 0,25.10-5 (correspond à Ex8) Tableau 2: propriétés thermiques des plis, rapportés à l'épaisseur nominale de 25 mm