Composite en fibres ignifuges

Le composite de fibres ignifuges est un matériau utilisé pour sécuriser un objet en cas d'incendie.composite de fibres ignifugesIl est généralement fabriqué à partir d’une combinaison de deux matériaux ou plus tels que la fibre de carbone et la résine polymère. C'est une excellente option pour de nombreuses applications différentes en raison de sa résistance élevée à la chaleur et de sa solidité. Il résiste également aux produits chimiques et à l’abrasion. Cela en fait un bon choix pour les applications aérospatiales et d’autres industries exigeantes telles que la marine et le pétrole et le gaz.

Même si les composites offrent des avantages par rapport aux pièces métalliques dans certaines applications, leur inflammabilité inhérente constitue une limitation importante. Ce risque lié aux incendies présente d'importants problèmes de sécurité pour les secteurs aéronautique, ferroviaire et maritime où les structures FRP sont de plus en plus déployées. Un enjeu majeur est de développer des solutions pour améliorer les performances au feu des composites.

Malgré leurs propriétés mécaniques macroscopiques impressionnantes, les composites conventionnels à matrice polymère renforcée de fibres de carbone (CF) et de fibres de verre se décomposent et s'effondrent en présence d'un incendie, libérant des gaz et de la fumée toxiques et accélérant la propagation latérale des flammes. De plus, les fibres inorganiques de CF et de verre conduisent l'énergie thermique, entraînant le feu dans la structure composite au niveau de l'interface exposée. Il s'agit d'un problème de sécurité important pour les opérateurs de structures composites et les équipes qui les exploitent, les inspectent et les réparent.

L'inflammabilité des composites peut être considérablement améliorée par l'utilisation d'additifs qui peuvent soit réduire passivement la teneur en combustible organique et donc fumer, soit libérer activement des gaz d'extinction ou de refroidissement des flammes ou même intumescents, se dilatant pour fournir une épaisseur d'isolation thermique supplémentaire et retarder ou supprimer l'inflammation. Ces additifs sont généralement ajoutés ou incorporés dans le composite. UC utilise une variété de matériaux de base dans nos structures composites pour répondre aux exigences spécifiques des clients en matière de résistance au feu, notamment le nid d'abeilles en nomex, le nid d'abeilles en aluminium, la mousse de phénol et le contreplaqué/balsa spécial.

Les composites à fibres matricielles formulés pour résister aux dommages causés par les gaz chauds et corrosifs sont particulièrement intéressants dans l’industrie des fusées et de l’aérospatiale. Une couche de surface intégrale en tissu céramique supporte une chaleur extrême, empêche la propagation des flammes vers l'intérieur et inhibe la diffusion de l'oxygène qui dégrade la résine matricielle, améliorant ainsi leur durabilité globale, leur résistance chimique et leur caractère ignifuge.

Bien que le polycarbonate (PC) soit un thermoplastique technique important dans la science contemporaine des matériaux, ses propriétés ignifuges restent une limitation importante. L'incorporation de fibres de carbone courtes (SCF) dans la matrice PC améliore considérablement ses performances d'inflammabilité pour répondre aux normes UL-94 V-0, mais l'effet n'est que temporaire et ne peut pas être maintenu à des teneurs élevées en SCF.

Pour résoudre ce problème, Shang et al. développé un système composite SCF/PC contenant du sulfure de polyphénylène (PPS) intercalé entre les couches de carbone du composite. Le PPS a complété l'effet de renforcement du SCF et, ensemble, ils ont augmenté le caractère ignifuge complet du PC, comme l'ont confirmé les tests de calorimétrie à cône et d'inflammation des gouttelettes.

En établissant des relations structure-propriété à l’échelle moléculaire et en concevant de nouvelles architectures polymères, cette étude suggère une façon fondamentalement nouvelle d’améliorer le caractère ignifuge des composites à base de PA. Plus précisément, la combinaison de stratégies de conception moléculaire avec des méthodes informatiques telles que des simulations de dynamique moléculaire et des modèles d’apprentissage automatique permet une approche de conception plus rationnelle pour guider le vaste espace combinatoire des retardateurs de flamme, des systèmes matriciels et des fibres.