Panneau isotherme et coupe-feu

Abstract

 Dans ce panneau à structure sandwich, comprenant une âme (1) en un matériau thermiquement isolant et deux plaques métalliques de parement (2, 3) disposées respectivement de part et d'autre de l'âme et liées à ladite âme par des moyens de liaison (4, 5), l'âme (1) est constituée par une plaque rigide en une matière inorganique ayant une structure vitreuse incluant des vides, et chaque plaque métallique de parement (2,3) est liée à une face respective de la plaque formant l'âme (1) par une couche (4 ou 5) d'un liant élastique en une matière organique incluant une charge contenant de l'eau, ladite charge étant un minéral sous forme hydratée.

Description

[0001] La présente invention concerne un panneau à structure sandwich, du type comprenant une âme en un matériau thermiquement isolant et deux plaques métalliques de parement disposées respectivement de part et d'autre de l'âme et liées à ladite âme par des moyens de liaison.

[0002] Le panneau selon l'invention est utilisable notamment, mais non exclusivement, pour la construction de portes, de cloisons, d'enceintes, de conteneurs ou de gaines de protection ou de ventilation utilisés par exemple dans le domaine de l'industrie chimique ou agro-alimentaire ou dans le domaine médical.

[0003] On connaît déjà des panneaux à structure sandwich, dont les plaques de parement sont en acier et dont l'âme est en une matière organique, par exemple une matière plastique expansée ou moussée, ou en une matière minérale, par exemple de la laine de verre ou de la laine de roche. Ces panneaux connus sont usuellement conçus pour avoir soit une bonne propriété isothermique, soit une bonne propriété coupe-feu. Toutefois, à la connaissance des demanderesses, il n'existe pas actuellement de panneaux à structure sandwich, qui sont dépourvus de ponts thermiques et ont à la fois de bonnes propriétés isothermique, coupe-feu, sanitaire et environnementale.

[0004] La présente invention a donc essentiellement pour but de fournir un panneau à structure sandwich du type défini plus haut, qui soit dépourvu de ponts thermiques et à la fois isotherme et coupe-feu ; en particulier, du point de vue du degré coupe-feu, le panneau doit être conforme aux normes ISO 1182, ASTM E-136, BS 476, NEN 3881 et DIN 4102 partie 1.

[0005] A titre secondaire, la présente invention a pour but de fournir un panneau à structure sandwich isotherme et coupe-feu présentant en outre les propriétés suivantes :

a). une bonne résistance aux chocs et à l'abrasion auxquels le panneau est susceptible d'être soumis en service ;

b). une bonne étanchéité aux liquides, notamment aux liquides volatiles et aux liquides combustibles, et une bonne étanchéité aux gaz, notamment à la vapeur d'eau et aux vapeurs de liquides combustibles ;

c). une bonne résistance chimique aux agents corrosifs ;

d). une bonne résistance aux rongeurs et à la vermine ; et

e). une haute qualité environnementale (HQE), c'est-à-dire que le panneau doit être stable, inerte et non producteur d'éléments polluants.

[0006] Ces objectifs sont au moins partiellement atteints avec le panneau à structure sandwich selon l'invention, qui est caractérisé en ce que l'âme est constituée par une plaque rigide en une matière inorganique ayant une structure vitreuse incluant des vides, et en ce que chaque plaque métallique de parement est liée à une face respective de la plaque formant l'âme par une couche d'un liant élastique en une matière organique incluant une charge contenant de l'eau, ladite charge étant un minéral sous forme hydratée.

[0007] Le panneau selon l'invention peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :

• la matière de la plaque formant l'âme est du verre cellulaire alumino-silicaté ;
• la matière de la plaque formant l'âme est du "FOAMGLASS" ;
• le liant élastique est composé d'environ 68 à 80% en poids d'une résine de la famille des polyols, d'environ 6 à 17 % en poids d'un minéral sous forme hydraté et d'environ 14 à 15 % en poids d'un réactif de polymérisation pour la résine ;
• le liant élastique et composé de 5,394 parties en poids d'un polybutadiène à terminaison hydroxyle contenant des quantités usuelles de plastifiants, promoteurs d'adhérence, stabilisants et catalyseurs, de 0,406 partie en poids d'alumine tri-hydratée et de 1 partie en poids d'un di-isocyanate ;
• le liant élastique est composé de 4,64 parties en poids d'un polybutadiène à terminaison hydroxyle contenant des quantités usuelles de plastifiants, promoteurs d'adhérence, stabilisants et catalyseurs, de 1,16 partie en poids d'alumine tri-hydratée et de 1 partie en poids d'un di-isocyanate ;
• le liant élastique a une dureté Shore A égale à 50 ± 5 ;
• chaque couche de liant élastique a une épaisseur comprise entre environ 0,8 mm et environ 1,2 mm ;
• au moins une des deux plaques de parement est en acier inoxydable austénitique ;
• au moins une des deux plaques de parement est en acier galvanisé et/ou prélaqué ;
• la plaque de parement a une épaisseur comprise entre 0,6 mm et 1,2 mm.

[0008] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux au cours de la description suivante d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple en référence aux dessins annexés sur lesquels :

• la figure 1 est une vue en coupe d'un panneau isotherme et coupe-feu selon l'invention ;
• la figure 2 est une vue de face du panneau, montrant les positions de plusieurs sondes de température utilisées dans un essai de résistance au feu ;
• la figure 3 est un diagramme température/temps montrant la montée en température d'un four utilisé pour chauffer la face du panneau opposée à celle sur laquelle sont installées les sondes de température, au cours dudit essai de résistance au feu ;
• la figure 4 est un diagramme température/temps montrant l'évolution des températures relevées par les sondes de température au cours de l'essai de résistance au feu.

[0009] En se reportant à la figure 1, on peut voir un panneau 10 selon l'invention, à structure sandwich, comprenant une âme 1 (couche centrale) sur les faces opposées de laquelle deux plaques métalliques de parement 2 et 3 sont respectivement fixées au moyen de couches de liant 4 et 5.

[0010] L'âme 1 est constituée par une plaque rigide en une matière inorganique ayant une structure vitreuse incluant des vides. Dans un mode préféré de réalisation de l'invention, la plaque formant l'âme 1 est en verre cellulaire alumino-silicaté, tel que par exemple le produit commercialisé par la société PITTSBURGH CORNING EUROPE, sous la dénomination "FOAMGLASS" (marque déposée), ayant les caractéristiques indiquées dans le tableau 1 ci-dessous :

TABLEAU 1

Réaction au feu	Classe Mo (incombustible)
Masse volumique	120 kg/m3
Coefficient de conductivité thermique à 0°C (± 5 %)	0,040 W/(m.°C)
Résistance à la compression (valeur moyenne à la rupture)	0,7 N/mm2
Résistance à la flexion	0,4 N/ mm2
Module d'élasticité à la flexion	800 N/ mm2
Coefficient de dilatation linéaire	9.10-6/°C
Chaleur spécifique	0,84 kJ/(kg.°C)
Diffusivité thermique	4,2.10-7 m2/s

[0011] A titre de variante, pour former l'âme 1 on peut aussi utiliser d'autres matières inorganiques à structure vitreuse et contenant des vides, comme par exemple une lave poreuse ou une lave vacuolaire telle que la pierre ponce.

[0012] L'épaisseur de l'âme 1 dépend du degré de résistance au feu ou degré coupe-feu désiré pour le panneau 10. L'un des critères pour apprécier le degré coupe-feu d'un tel panneau est le temps écoulé entre un début d'incendie et le moment où la différence de température entre la température de la face du panneau opposée à celle exposée à l'incendie et la température ambiante avant l'incendie atteint une valeur prédéfinie, usuellement 140°C. Plus le temps écoulé est grand, plus le degré coupe-feu est considéré élevé.

[0013] Dans le panneau 10 selon l'invention, les deux plaques métalliques de parement 2 et 3 sont de préférence en acier, bien que d'autres métaux à point élevé de ramollissement soient aussi utilisables. Dans le cas où le panneau 10 est utilisé dans l'industrie alimentaire ou médicale, au moins une des deux plaques métalliques de parement 2 et 3 est en acier inoxydable austénitique de qualité alimentaire. Pour d'autres utilisations, les plaques métalliques de parement 2 et 3 peuvent être en acier ordinaire galvanisé et/ou prélaqué au moins sur la face de la plaque qui est orientée vers l'âme 1.

[0014] Chacune des deux plaques métalliques de parement 2 et 3 a de préférence une épaisseur qui est choisie de façon à assurer une bonne protection du panneau 10 contre les chocs et l'abrasion auxquels le panneau est susceptible d'être soumis en service, et de façon à répartir les charges surfaciques tout en assurant une haute résistance à la compression (0,7 N/mm²). L'épaisseur des deux plaques métalliques 2 et 3 peut être par exemple comprise entre 0,6 et 1,2 mm, de préférence entre 0,8 et 1 mm.

[0015] Dans le panneau 10 selon l'invention, chacune des deux couches de liant 4 et 5 est constituée par un liant élastique en une matière organique incluant une charge contenant de l'eau. Ladite charge est un minéral sous forme hydratée, comme par exemple de l'alumine tri-hydratée.

[0016] De préférence, le liant élastique est composé d'environ 68 à 80 % en poids d'une résine de la famille des polyols, d'environ 6 à 17 % en poids d'alumine tri-hydratée et d'environ 14 à 15 % en poids d'un réactif de polymérisation. De préférence, chacune des deux couches de liant 4 et 5 a une épaisseur comprise entre environ 0,8 mm et environ 1,2 mm.

[0017] Les composants du liant élastique, leur proportion respective et l'épaisseur des couches de liant 4 et 5 sont choisis de façon à assurer après polymérisation de la résine :

a). une liaison entre chaque plaque métallique 2 ou 3 et l'âme 1 sans délaminage ni rupture des cellules de verre de l'âme 1 à l'interface entre ladite âme et chaque couche de liant 4 et 5 ;

b). une bonne adhérence avec l'acier et avec le verre cellulaire ;

c). une élasticité suffisante pour compenser ou absorber les déformations du panneau dues aux manutentions, au transport, au montage et à la différence des coefficients de dilatation de l'acier et du verre cellulaire, et pour amortir les chocs auxquels le panneau est susceptible d'être soumis en cours d'exploitation ;

d). une élévation de la température d'inflammabilité du liant à 400°C ± 10 %.

Exemple 1

[0018] On a fabriqué un panneau 10 ayant la structure sandwich représentée sur la figure 1. L'âme 1 était constituée par une plaque en "FOAMGLASS"ayant les caractéristiques mentionnées plus haut et ayant une épaisseur de 70 mm. La plaque de parement 2 était en acier galvanisé, laqué sur ses deux faces, et avait une épaisseur de 0,8 mm. La plaque de parement 3 était en acier inoxydable et avait une épaisseur de 1 mm. Chacune des deux couches de liant 4 et 5 avait une épaisseur d'environ 1,2 mm et était constituée par un liant élastique dénommé "LIDEC", fabriqué par la société CFPI, Mulhouse, France, et ayant la composition suivante :

• 5,394 parties en poids de polybutadiène à terminaison hydroxyle, contenant les quantités usuelles de plastifiants, promoteurs d'adhérence, stabilisants et catalyseurs ;
• 0,406 partie en poids de charges minérales (alumine tri-hydratée) ;
• 1 partie en poids d'un di-isocyanate à titre de réactif de polymérisation pour le polybutadiène à terminaison hydroxyle.

[0019] La charge minérale a été tout d'abord mélangée au polybutadiène à terminaison hydroxyle et le mélange ainsi obtenu a été ensuite mélangé avec le réactif de polymérisation pour obtenir un liant qui a été appliqué sous la forme d'une couche sur l'une des faces de chacune des deux plaques de parement 2 et 3, lesquelles ont ensuite été mises en contact avec les faces de la plaque en "FOAMGLASS" formant l'âme 1. Après 24 heures de polymérisation, le liant avait une dureté Shore A environ égale à 50.

[0020] Le panneau 10 ainsi obtenu a été soumis à un essai de résistance au feu sur la base de la courbe d'essai d'incendie ISO 834-10. Sur la base de cette courbe d'essai d'incendie, l'acier se ramollit à environ 640°C, le liant carbonise à environ 350-400°C et le verre commence à couler à environ 720°C, lorsque ces composants sont pris individuellement.

[0021] Pour l'essai de résistance au feu, cinq sondes de température S₁ à S₅ ont été fixées à la face extérieure 2a de la plaque de parement 2 en acier galvanisé du panneau 10 comme montré dans la figure 2. La sonde S₃ était placée sensiblement au centre de la face 2a, tandis que les sondes S₁, S₂, S₄ et S₅ étaient placées sur les diagonales de la face 2a, sensiblement à mi-distance entre le centre de cette face et chacun de ses angles. La face opposée du panneau 10, c'est-à-dire la face extérieure 3a de la plaque de parement 3 en acier inoxydable, a été chauffée sur toute sa surface au moyen d'un four dont la température a été progressivement élevée conformément à la courbe d'essai incendie ISO 834-10 susmentionnée. Plus précisément, l'élévation de la température du four au-dessus de la température ambiante a été conduite suivant le programme thermique représenté par la fonction

   dans laquelle t est le temps en minutes, T est la température du four, en degrés C, à l'instant t et T₀ est la température ambiante, en degrés C, à l'instant t =0. Au début de l'essai de résistance au feu (t = 0) la température ambiante était de 17°C. Dans le diagramme de la figure 3, la courbe A représente l'évolution de la température T dans le four au cours de l'essai de résistance au feu.

[0022] Dans le diagramme de la figure 4, les courbes B, C, D, E et F montrent l'évolution des températures mesurées respectivement par les sondes S₁ à S₅ au cours de l'essai de résistance au feu.

[0023] D'après les diagrammes des figures 3 et 4, on peut voir que :

• à t = 5 mn, la température T du four est égale à 573°C et la température de la face extérieure 2a du panneau 10, opposée à la face 3a exposée au four, est égale à 17°C;
• à t = 10mn, la température T du four est égale à 675°C et la température de la face extérieure 2a est encore égale à 17°C ;
• à t = 15 mn, la température T du four est égale à 736°C et la température de la face 2a est égale à 18°C ;
• à t = 30 mn, la température T du four est égale à 839°C et la température de la face 2a est comprise entre 54°C et 64°C selon la position des sondes de température ;
• à t = 60 mn, la température T du four est égale à 942°C et la température de la face 2a est comprise entre 136°C et 151°C selon la position des sondes de température, ce qui représente une élévation de température de moins de 140°C au-dessus de la température ambiante (17°C) qui régnait au début de l'essai de résistance au feu.

[0024] L'augmentation de température sur la face externe 2a du panneau 10 a atteint 140°C au bout de 1 h 5 mn et 37". L'essai de résistance au feu a été arrêté au bout de 72 mn. A ce moment, la température T du four était environ égale à 980°C et la température de la face 2a du panneau 10 était comprise entre 156°C et 178°C selon la position des sondes de température. Ainsi, à la fin de l'essai, l'augmentation de température sur la face 2a du panneau 10 était au plus égale à 161°C au-dessus de la température ambiante.

[0025] A la fin de l'essai, on a laissé le panneau refroidir et, après refroidissement, il a été constaté que le panneau ne présentait pas de déformation significative, était stable mécaniquement et avait conservé son intégrité, sans altération de l'âme en verre cellulaire.

[0026] Ce bon comportement du panneau peut être expliqué de la manière suivante. Entre 5 et 15 mn, le liant élastique libère l'eau de l'alumine tri-hydratée, puis carbonise en abaissant la température de rayonnement thermique vers l'âme 1 en verre cellulaire. Ce phénomène est visible sur les courbes B à F de la figure 4 et est représenté par la partie horizontale desdites courbes, à une température d'environ 17 à 18°C. Vers la trentième minute de l'essai de résistance au feu, la plaque de parement 3 en acier inoxydable rayonne vers l'âme 1 en verre cellulaire, avec des températures avoisinant 650°C, et le verre cellulaire vitrifie légèrement en surface sans perte de masse.

Exemple 2

[0027] On a fabriqué un panneau 10 à structure sandwich conforme à la figure 1 à partir d'éléments identiques à ceux du panneau de l'exemple 1, excepté que l'on a utilisé pour les couches de liant 4 et 5 un liant dénommé "LUX-2001-1" fabriqué par la société CHEMETALL SPECIALITES CHIMIQUES SAS, Clichy, France, ayant la composition suivante :

• 4,64 parties en poids de polybutadiène à terminaison hydroxyle, contenant les quantités usuelles de plastifiants, promoteurs d'adhérence, stabilisants et catalyseurs ;
• 1,16 partie en poids d'alumine tri-hydratée ;
• 1 partie en poids de di-isocyanate à titre de réactif de polymérisation pour le polybutadiène à terminaison hydroxyle.

[0028] Le panneau 10 a ensuite été soumis à un essai de résistance au feu dans les mêmes conditions que le panneau de l'exemple 1. Les résultats de l'essai étaient semblables, voire meilleurs que ceux obtenus avec le panneau de l'exemple 1.

[0029] Il va de soi que les exemples donnés ci-dessus ont été donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif, et que l'on peut utiliser, pour la construction du panneau, des matériaux présentant des caractéristiques physico-chimiques et/ou des réactions au feu équivalentes à celles des matériaux indiqués dans les exemples, sans pour autant sortir du cadre de la présente invention.

Revendications

1. Panneau à structure sandwich, comprenant une âme (1) en un matériau thermiquement isolant et deux plaques métalliques de parement (2, 3) disposées respectivement de part et d'autre de l'âme et liées à ladite âme par des moyens de liaison (4, 5), caractérisé en ce que l'âme (1) est constituée par une plaque rigide en une matière inorganique ayant une structure vitreuse incluant des vides, et en ce que chaque plaque métallique de parement (2,3) est liée à une face respective de la plaque formant l'âme (1) par une couche (4 ou 5) d'un liant élastique en une matière organique incluant une charge contenant de l'eau, ladite charge étant un minéral sous forme hydratée.

2. Panneau selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière de la plaque formant l'âme (1) est du verre cellulaire alumino-silicaté.

3. Panneau selon la revendication 2, caractérisé en ce que la matière de la plaque formant l'âme (1) est du "FOAMGLASS".

4. Panneau selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le lient élastique est composé d'environ 68 à 80 % en poids d'une résine de la famille des polyols, d'environ 6 à 17 % en poids d'un minéral sous forme hydratée et d'environ 14 à 15 % en poids d'un réactif de polymérisation pour la résine.

5. Panneau selon la revendication 4, caractérisé en ce que le liant élastique est composé de 5,394 parties en poids d'un polybutadiène à terminaison hydroxyle contenant des quantités usuelles de plastifiants, promoteurs d'adhérence, stabilisants et catalyseurs, de 0,406 partie en poids d'alumine tri-hydratée et de 1 partie en poids d'un di-isocyanate.

6. Panneau selon la revendication 4, caractérisé en ce que le liant élastique est composé de 4,64 parties en poids d'un polybutadiène à terminaison hydroxyle contenant des quantités usuelles de plastifiants, promoteurs d'adhérence, stabilisants et catalyseurs, de 1,16 parties en poids d'alumine tri-hydratée et de 1 partie en poids d'un di-isocyanate.

7. Panneau selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le liant élastique a une densité Shore A égale à 50 ± 5.

8. Panneau selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que chaque couche (4, 5) de liant élastique a une épaisseur comprise entre environ 0,8 mm et environ 1,2 mm.

9. Panneau selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que au moins une des deux plaques de parement (2, 3) est en acier inoxydable austénitique.

10. Panneau selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que au moins une des plaques de parement (2, 3) est en acier galvanisé et/ou prélaqué.

11. Panneau selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que chaque plaque de parement (2, 3) a une épaisseur comprise entre 0,6 mm et 1,2 mm.

Dessins