Matériaux composites courants : tenue au · PDF fileMATÉRIAUX COMPOSITES ... L2,...

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  • La construction navale en composites. Paris, 7-9 dcembre 1992 IFREMER. Ac/cs de colloques n 15. communication n 2

  • Pour les bateaux de pche et les petits bateaux, les rglementations sont moins svres. Une cloison classe F par le test OMI (dfinition dans les paragraphes suivants) peut avoir de nombreuses applications. Pour les bateaux de plaisance,il n'y a pas d'exigence de rsistance au feu. Seule l'inflammabilit des matriaux de surface est rglemente dans certains endroits.

    Les essais au feu dcrits ici comportent l'valuation des proprits de raction au feu -inflammabiht, mission de fumes-, et de rsistance au feu de matriaux utiliss pour des tuyauteries, et pour des coques et des cloisons de petits bateaux.

    MATERIAUX TESTES

    Ils sont prsents dans le tableau 1. Pour les tuyaux, deux matriaux poxy-verre bobins employs couramment dans l'offshore ont t choisis. Les panneaux tests ont t fabriqus par diffrents chantiers, et par l'Ifremer. Ll , L2, S i , S2 sont les matriaux de rfrence du Projet National Composite. Pour le matriau 5, L l + verre, le ct expos au feu a t renforc en verre par l'utilisation d'un RM 1500/300 la place d'un RM 500/300. Le matriau 6 contient 15 % d'hydrate d'alumine. Le matriau 7 est protg par un revtement intumescent. Le matriau 8 contient un polyester spcial rsistant au feu, et il est protg par une peinture base de poudre de Zn . Le matriau phnolique 9 a t fait par moulage sous pression et il contient galement 5 RM 500/300.

    ESSAIS DE REACTION AU FEU

    Les essais de raction au feu donnent des informations importantes sur l'inflammabilit du matriau et son aptitude produire des fumes et des gaz toxiques. Les proprits d'inflammabilit sont les plus importantes dans la phase initiale de dveloppement du feu. Des essais adapts ont t tudis pour slectionner les matriaux et les revtements de protection dans le btiment et dans les transports.

    Descript ion des essais

    Classification M : L'inflammabilit et la capacit dvelopper une flamme sont mesures l'aide de l'essai l 'piradiateur (Normes NF P 92-501 and 92-507). L'essai est fait sur une plaque de 400x300 mm place sur un support 45 et expose au rayonnement d'un piradiateur ( disque en quartz de 500 W de 100 mm de diamtre) plac

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  • une distance de 3 cm. Le temps avant inflammation (Ti) est not ainsi que la somme des hauteurs de flammes toutes les minutes (E Hm), et la dure totale de l'inflammation (6T). Ces donnes sont introduites dans une formule qui donne la valeur du coefficient q qui permet de classer le matriau, de "non inflammable M l "facilement inflammable M4".

    q= l O O x L H m / T i x V T

    Classification F : Pour l'valuation de la production de fumes et de gaz toxiques, nous avons appliqu la procdure en cours la SNCF, (Norme NF F 16-101), qui s'appuie sur deux tests diffrents: L'mission de fumes est faite au moyen du test en chambre NBS (Norme NF X 10-702), et les gaz l'aide de l'essai en four tubulaire (Norme NF X 70-100).

    Pour l'essai en chambre NBS,une petite plaque de matriau est expose un piradiateur, comme pour le classement M, et les paramtres nots sont la densit maximale des fumes (Dm) et les densits toutes les minutes D1',D2',D3',D4' qui permettent de calculer le coefficient VOF4 qui caractrise la quantit totale de fumes dgages. (VOF4 = Dl'+D2 ,+D3'+D472).

    L'essai en four tubulaire est fait sur lg de matriau prlev dans l'paisseur, qui est brl 600C, et les gaz produits sont rcuprs. Les analyses portent sur CO, C02, HC1, HBr, HCN, et S02. Le rsultat est un index de toxicit not I.T.C.

    Les donnes d'mission de fumes et de toxicit sont introduites dans une formule qui donne la valeur l'Indice de Fumes (I.F.) qui conduit au classement dans l'une des six classes: de FO F5.

    I.F.= Dm/100 + VOF4/30 + ITC/2

    R s u l t a t s

    Le tableau 2 prsente les matriaux essays et les rsultats. L'inflammabilit des matriaux est trouve leve, sauf pour le

    phnolique, le matriau 5, qui est ignifug, et les tubes poxy. Le comportement de l'me a une influence sur l'inflammabilit et

    le dveloppement de la flamme dans le cas des sandwichs: Les peaux de S i et S2 sont de mme nature que respectivement L l et L2. L l est plus facilement inflammable que L2, mais l'inflammabilit de S2 est suprieure Si .

    Les rsultats d'mission de fumes et de toxicit montrent l'influence de diffrents facteurs lis la composition du matriau.

    Les matriaux Ll , S i et S2 produisent une forte densit de fumes. La protection par une couche de verre de fort grammage rduit l'mission de fumes (matriau 4), de mme que le revtement

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  • intumescent (matriau 7). La quantit d'hydrate d'alumine dans le matriau 6 est insuffisante pour produire un effet significatif. Le matriau 8 est ignifug avec des additifs chlors ou par fixation de chlore sur la rsine. La valeur leve de l'ITC est due au dgagement d'HCl. Il en est de mme du sandwich PVC S2.. Les meilleures performances du sandwich balsa SI compar S2 sont apparentes dans le tableau, mais pas dans le classement (tous deux sont en classe F3).

    RESISTANCE AU FEU DES TUYAUTERIES

    A bord des bateaux, les tuyauteries sont souvent pleines d'eau, ou peuvent tre maintenues pleines. Leur comportement au feu dans ces conditions est meilleur qu' sec. Les essais de rsistance au feu de tuyauteries prsents ici ont t faits sur des canalisations et des accessoires en verre poxy bobin, qui pourraient tre utiliss pour un circuit de refroidissement moteur ou le circuit incendie d'un bateau de pche. Ils ont t tests pleins d'eau, avec ou sans circulation. Deux paisseurs, 5 et 17 mm ont t exprimentes, et la comparaison a t faite avec des canalisations en acier employes habituellement pour les mmes applications, qui ont t places en parallle dans le four lors de chaque test.

    Descript ion des essais

    Des portions de tuyaux de 4 mtres de longueur, et de 100 mm de diamtre, quipes ou non de coudes, ont t places dans un four, reposant sur des supports mtalliques verticaux distants de 2,5m. Le tuyau tait fix uniquement une extrmit, afin de laisser la dilatation oprer librement. La longueur expose la chaleur tait 3,50 m.

    Tous les tests sauf un ont t faits avec les tuyaux pleins d'eau avec ou sans circulation 40 m3/heure. La pression tait maintenue 5 bars avec soupape de scurit 5,5 bars. Pour l'lvation de temprature, deux courbes ont t utilises:

    -La courbe SOLAS, qui simule la variation de temprature dans le cas d'un incendie dans la salle des machines, est adopte par OMI et par le Secrtariat la Mer pour les essais de cloisons et de portes. Elle est similaire la courbe ISO utilises dans le btiment. -La courbe H, ou courbe MOBIL, ou courbe Hydrocarbure, simule un feu d'hydrocarbures gazeux. Elle est choisie par VOMI pour des essais sur tuyauteries.

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  • Contrles

    Tous les chantillons ont t contrls visuellement et pess avant et aprs essai. Pendant les essais, la temprature du four et de l'eau tait enregistre en continu, ai si que les pressions et les dbits. A la fin de chaque essai, tes tubes taient maintenus sous pression 5 bar pendant 15 mn, et le taux de fuite a t mesur. Ensuite, les tubes ont t dcoups, et l'paisseur restante et l'paisseur encore intacte ont t mesures. Un film vido prsentant les essais et les rsultats a t ralis.

    Rsultats

    Les principaux rsultats sont donns dans le tableau 3.

    Effet du dbit d'eau.

    - Essais 40 m'-Vheure Dans ce cas , les tubes composites droits rsistent au test avec la courbe H pendant au moins 60 minutes sans fuite. Les tuyaux assembls au moyen de coudes colls rsistent 60 mn, mais avec une fuite faible 5 bars en fin d'essai (goutte goutte).

    -Essais 0 m'Vheure Les tubes droits expriments sans circulation d'eau rsistent au test H pendant une heure avec une fuite faible en fin d'essai. Les tuyauteries quipes de coudes places dans les mmes conditions, donnent un rsultat semblable au bout de 30 ou 60 minutes d'essai (goutte goutte au niveau du joint coll).

    Pertes en poids- Epaisseur restante:

    -Les poids mesurs montrent tout d'abord la grande lgret des tubes composites en comparaison avec les tubes en acier employs pour la mme application (4 fois plus lgers). -Les pertes en poids et les paisseurs encore intactes sont peu diffrentes au bout de 30 et 60 minutes d'essai sur des matriaux de mme type. Ceci confirme les observations faites au cours des essais: aprs une phase initiale de combustion intense, un tat peu prs stable semble atteint en moins de 15 minutes, puis les calories apportes par le four sont vacues au travers du tube par l'eau de circulation, ou bien la vapeur relche par la soupape de scurit. L'volution est ensuite trs lente.

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  • ESSAIS DE RESISTANCE AU FEU DE PANNEAUX

    Trs peu d'informations sont disponibles sur la rsistance au feu des matriaux fabriqus par les chantiers navals. Les essais qui suivent ont t faits selon la procdure de l'OMI pour la classification de cloisons et de portes.

    Descript ion des essais

    La description dtaille de la procdure d'essai de l'OMI est dcrite dans la rsolution A 517(13)

    La courbe SOLAS choisie pour simuler le feu bord d'un navire correspond aux tempratures suivantes:

    556C aprs 05 mn 659C aprs 10 mn 718C aprs 15 mn 821C aprs 30 mn 925C aprs 60 mn

    Une cloison classe F OMI doit tre capable de s'opposer au passage des flammes et de la fume pendant 30 minutes, et doit avoir un pouvoir isolant tel que, pendant les 30 minutes, la temprature moyenne sur la face non expose n'augmente pas de plus de 139C par rapport la temprature initiale, et qu'en aucun point incluant les joints, la temprature maximale n'augmente de plus de 225C par rapport la temprature initiale.

    Les essais sont faits en four. Le panneau exprimenter re