Brevet FR2248296A1 — publié le 19750516

Dans les brevets allemands NO 1 244 640 , 1 571 313 et 1 671 654, on décrit des procédés de fabrication de matériaux isolants résistant à la chaleur, qui sont composés essentiellement de 90% en volume de particules de matières plastiques expansées et de 10% en volume d'un liant inorganique, par exemple de silicate de soude. L'avantage de ces produits alvéolaires eontenant un liant réside dans leur résistance élevée lors de l'examen de la durée de la résistance à la flamme.Lors de l'exposition à la flamme, les particules organiques expansées sont consumées et il reste une ossature inorganique. I1 est donc possible de fabriquer à partir de ces alvéolaires des éléments sandwich comportant une "âme" dtune épaisseur de seulement 40 à 50 mm, éléments dont la durée de la résistance au feu selon la norme DIN 4102 s'élève à 90 minutes et plus. Ces réalisations ont fait leur preuve dans la pratique, notamment pour la confection d'éléments de façade résistant à la flamme. Les alvéolaires présentent toutefois un poids spécifique relativement élevé, d'environ 160 kg/m3 , et par conséquent une conductibilité thermique élevée qui est indésirable. Leur dureté et leur stabilité laissent également à désirer. On sait que les particules en thermoplastiques expansés peuvent etre collées entre elles à l'aide de liants organiques et être utilisées alors pour fabriquer des tableaux de bord, par exemple On a aussi décrit déjà la fabrication de panneaux de construction pour l'isolation phonique et thermique par collage des particules de polystyrène fibreuses, expansées, à l'aide de liants organiques0 Ces combinaisons de thermoplastiques expansés et de liants organiques présentent de bonnes propriétés pour l'uti- lisation proue. Elles n' ont cependant qu'une faible durée de résistance à la flamme. Pour fabriquer des pièces moulées thermo-isolantes, on a aussi proposé de combiner des particules inorganiques expansées, comme l'argile boursouflée, la vermiculite, la perlite, entre autres, avec des liants organiques et, le cas échéant, de faibles proportions de particules de polystyrène expansé. Gracie à l'emploi de particules inorganiques expansées comme phase interne, la durée de résistance à la flamme se trouve augmentée si bien qu'avec des couches relativement épaisses, soit d'une épaisseur d'environ 10 à 15 cm, on peut fabriquer des éléments de construction présentant, selon la norme DIN 4102, une durée de résistance à la flamme de 30 minutes. Les poids spécifiques de ces combinaisons s'élèvent toutefois à 300 kg/m3 et plus.Ces poids spécifiques élevés se traduisent, évidemment, par des indices de conductibilité thermique élevés, de sorte que ces produits ne sont pagnon plus utilisables pour la confection d'éléments sandwich dont on exige qu'ils aient à la fois une durée de résistance à la flamme de 60 minutes et plus, une résistance élevée au passage de la chaleur et une épaisseur de seulement 6 à 10 cm. La présente invention vise donc des produits alvéolaires rigides d'une résistance élevée au passage de la chaleur et d'une bonne résistance à la pression et au cisaillement, et qui présentent, pour de faibles épaisseurs, une durée de résistance à la flamme de 60 , 90 et plus de 90 minutes. Les isolants de ce type peuvent être obtenus par le procédé conforme à l'invention. Cela est d'autant plus surprenant qu'aussi bien les particules plastiques expansées que les liants sont de nature organique. Avec le procédé selon l'invention, on prépare d'abord un mélange à partir a) de particules rondes, expansées, d'un polymère de styrène thermoplastique. b) d'une solution aqueuse contentant pour 100 parties en poids du polymère de styrène, 50 à 300 parties en poids d'une-résine durcissable à base d'un produit de condensation mélamine/formaldéhyde, et c) d'une charge inorganique finement divisée en une pro portion variant entre 25 et 200 parties en volume pour 100 parties en volume de la résine. On comprime ensuite ce.mélange de manière à réduire son volume d'au moins 1076 et on durcit la résine à des températures inférieures à la température d'ébullition de la solution aqueuse, Le mélange contient des particules rondes, expansées d'un polymère de styrène. Dans le cas idéal, les particules sont de forme sphérique; on peut cependant aussi utiliser des particules de forme irrégulière, par exemple des particules ovoïdes ou en forme de poire, des billes aplaties ou des ellipsoides. Par polymères de styrène, on entend des produits contenant plus de 50% de motifs de styrène, c'est-à-dire fusils peuvent encore con- tenir d'autres monomères copolymérisables avec le styrène, comme le méthacrylate de méthyle, les esters acryliques ou l'aeryloni- trile.La taille des particules rondes, expansées, varie avanta geusement entre 0,2 et 5 mm, notamment entre 0,5 et 2 mm. La densité apparente se situe généralement entre 6 et 50 g/dm3 ,notamment entre 12 et 30 g/dm3 , ce qui correspond à un poids spécifi- que des particules individuelles compris entre 10 et 100 g/dm3, de préférence entre 15 et 40 g/dm3 Le mélange contient en outre une solution aqueuse d'une résine durcissable en proportions variant entre-5Q et 300 parties en poids, notamment entre 100 et 200 parties en poids pour 100 parties en poids du polymère de styrène.Selon la définition technique générale, la résine mélamine/formaldéhyde se c compose, à raison d'au moins 50% en poids, d'un précondensat mélamine; formaldéhyde, qui peut être modifié de façon connue par l'urée, le phénol, la résorcine, des glycols, des polyglycols ou des polyamides solubles, ctest-à-dire représenter un produit de condensation mixte. On peut aussi partir d'un mélange d'un condensat mélamine/formaldéhyde et d'une autre résine, par exemple d'un précondensat phénolXformaldéhyde ou urée/formaldéhyde. La solution de résine mélamine présente la concentration usuelle comprise entre environ 30 et 70o en poids. Elle contient les durcisseurs acides habituels, comme l'acide formique, l'acide phosphorique ou le sulfate d'ammonium. Le mélange contient enfin encore une charge inorganique finement divisée en proportions comprises entre 25 et 200 parties en volume, de préférence entre 50 et 150 parties en volume pour 100 parties en volume de la résine mélamine.Les charges ne seront avantageusement pas de nature alcaline pour ne pas troubler le système de durcisseurs acides. Conviennent, par exemple, le talc, le quartz pulvérulent, l'amiante pulvérulente, le verre pulvérulent ou le gel de silice. Comme autres produits d'addition, on peut ajouter des colorants et des fibres inorganiques, telles que les fibres de verre et les fibres amiante. Ces dernières améliorent la cohésion du mélange. Âvec les rapports de quantité-s indiqués ci-dessus, les particules expansées, contrairement aux particules expansées collées les unes aux autres, sont complètement enrobées dans la résine. I1 est avantageux de provoquer une expansion préalable de la phase aqueuse avant le durcissement complet, par exemple en lui incorporant de l'air par brassage ou battage. Dans cette mise en oeuvre de l'invention, il est indiqué d'ajouter au mélange des savons,par exemple des alkylsulfonates, ainsi que des stabilisants comme la caséine. On comprime ensuite le mélange, de manière à réduire son volume de plus de 10%, avantageusement de moins de 90%. Dans ce cas, seules les grosses bulles d'air sont chassées entre les particules de polystyrène expansé et il ne se produit qu'une faible déformation des particules expansées. Lorsque, selon le mode de mise en oeuvre préféré, on a fait légèrement prégonfler le mélange, les interstices sont davantage remplis d'alvéolaires comportant de petites bulles d'air, de sorte que la quantité de grosses bulles d'air à chasser n'est plus très élevée. Le durcissement de la résine s'effectue de façon connue à la température ambiante ou à des températures plus élevées, mais de toute façon en-dessous des limites d'ébullition de la solution aqueuse, de préférence en-dessous de 1000 C. La durée du processus de durcissement dépend, en principe, de la température de durcissement et peut varier entre 30 secondes et 24 heures. Les pressions de durcissement peuvent se situer entre 0,02 et 2 bars, de préférence elles seront comprises entre 0,05 et 0,5 bar effet. Le durcissement peut être suivi d'un processus de séchage au cours duquel l'eau provenant de la solution de liant est éli minée. Le séchage aussi aura, avantageusement lieu à des températures inférieures à 1000 C. Le séchage abaisse encore la conductibilité thermique des produits qui s'établit alors en général entre 0,04 et 0,06 kcal/m0h.0C, à OOC. La compression et le durcissement peuvent s'effectuer en discontinu, par exemple dans des moules. On peut ainsi réaliser des plaques pare-feu de toutes dimensions. I1 est cependant pré- férable d'opérer en continu en comprimant le mélange entre des bandes sans fin. Dans ce cas, il est avantageux de durcir à des températures légèrement supérieures pour abréger le séjour dans la machine, Le préchauffage peut steffectuer d'après des méthodes connues, par exemple par la chaleur de contact, par chauffage par induction ou par irradiation haute fréquence. Le poids spécifique des produ-its alvéolaires préparés selon l'invention est fonction du type et de la quantité des composants individuels, ainsi que de la pression appliquée. Pour les alvéolaires complètement durcis et séchas, les poids spécifiques optimaux s'établissent à 80 - 200 g/dm , de préférence à 100 - 140 g/dm3. Les panneaux réalisés à partir des alvéolaires préparés de la façon décrite sont auto-extinguibles et donnent, lorsqutils servent d'tme dans des éléments sandwich, une très longue durée de résistance à la flamme. Les produits alvéolaires peuvent Qtre combinés avec des panneaux de recouvrement usuels, par exemple en amiante-ciment, en aluminium, en fer, en verre ou en plate. On peut fabriquer de cette manière des éléments de construction qui résistent à la flamme.Ces éléments de construction permettent d'obtenir, pour une épaisseur totale de 60 mm, une durée de résistance à la flamme, selon la norme DIN 4102, feuille 3, de 60, 90 ou plus de 90 minutes, c'est-à-dire qu'après ce temps, la température mesurée sur la face non exposée à la flamme, ne dépasse pas 1400 C. La face tournée vers la flamme se décompose sous l'action de la chaleur avec formation de carbone, lequel, avec les charges inorganioues, forme une couche isolante qui oppose une résistance élevée au passage de la chaleur et du feu.Outre leur résistance à la flamme de longue durée et leur résistance élevée au passage de la chaleur, les éléments de construction se distinguent par de très bonnes caractéristiques mécaniques et par leur légèreté. ns S conviennent pour fabriquer des parois, couvertures et planchers non porteurs, mais on peut aussi les utiliser pour le revttement de parois, couvertures et planchers porteurs ou comme couche thermo-isolante et capable d'empêcher la propagation du feu dans des entrebats ou des chambres frigorifiques0 Les parties et les pourcentages indiqués dans les exemples suivants s'entendent en poids0 RXRMPIS 1 ::- Dans un mélangeur, on prépare le mélange suivant 15,000 kg d'une solution aqueuse à 54% d'un précondensat mélamine/ formaldéhyde, ce qui correspond à une quantité de solides de 8,1 kg qui représente, avec une densité de 1,5, un vo lume de 5,4 dm5 15,000 kg de talc finement divisé correspondant, pour une densité de 2,75, à un volume de 5,450 dm3. 0,450 kg d'un suif onate paraffinique de sodium en solution à 20% dans -l'eau, 0,450 kg de caséine O,900 kg d'une solution d'acide formique, à 30% dans l'eau, 5,O kg d'eau et 5,400 kg de particules de polystyrène pré-expansées d'une densité de 15 g/dm3 et d'une dimension variant entre 0,5 et 2 mm. On brasse ces composants intensément pendant environ 10 minutes dans un mélangeur, la phase aqueuse gonflant alors lgè- rement. Le mélange fini est amené à une presse à bandes, à une vitesse de 0,40 m/mn, de sorte qu'il se forme une couche uniforme de 70 mm d'épaisseur. Dans la zone d'alimentation de la presse à bandes, on comprime à une épaisseur de 50 mm en chauffant en mdme temps à 1000 C. Au sortir de la presse, on obtient en continu un panneau expansé sans fin d'une épaisseur de 50 mm qui, après avoir été découpé à la scie, est séché à 800C environ. Les panneaux présentent les caractéristiques suivantes Alvéolaire sui vant brevet al lemand N0 1 671 654 (à ti tre de comparai selon les normes son) Densité brute DIN 53 420:env. 110 kg/m3 environ 160 Résistance à la compression après réduction du volu- 2 me de 10 % DIN 53 421: 4,0 kg/cm 4,1 Résistance à la flexion DIN 53 423: 5,55 kg/cm2 4,9 Résistance à 2 la traction DIN 53 571: 3,7 kg/cm 2,0 Résistance au 2 cisaillement DIN 53 422: 3,0 kg/cm 3,2 Résistance à la flexion par choc DIN 53 453: 0,32 cmkgicm2 0,3 Coefficient de conductibilité thermique à 0 C DIN 52 612t 0,049 keal/m.hO C 0,039 Absorption DIN 53 428: d'eau après 24h 11,85% en volume 10,0 " 48h 13,0% en volume 12,5 Un élément de construction de 500 x 400 mm présentant la composition suivante : 1 mm de carton en amiante 50 mm de panneau d'alvéolaire du type décrit 1 mm de carton en amainte enduite des deux c8tés d'un mélange 100 : 60 de silicate de soude et de talc, présente , lors de l'examen de la durée de résistance à la flamme (DIN 4102), après une exposition à la flamme de 90 minutes (courbe de température unitaire) une température en surface supérieure de 126 C à la température ambiante. ~EXEMPLE 2 =- On prépare un mélange à partir des composants suivants 1,500 kg d'une solution aqueuse à 54% d'un précondensat méXamine/ formaldéhyde, ce qui correspond à une quantité de solides de 810 g représentant, pour une densité de 1,5, un volume de 0,540 dm3 2,000 kg de talc finement divisé, ce qui correspond, pour une densité de 2,75, à un volume de 0,727dm3 50 g de sulfonate paraffinique de sodium en solution à 20% dans lteau, 50 g de caséine, 75 g de solution d'acide formique à 30% dans liteau, 18 g de H3P04 à 86 o (acide orthophosphorique) 60 g de phosphate triammonique (NH4)3P04 500 g d'eau et 540 g de particules de polystyrène préexpansées d'une densité de 15 g/dm3 et d'une dimension variant entre 0,5 et 2 mm. Le mélange est brassé intensément pendant environ 10 minutes dans un mélangeur, de sorte qu'il se produit une légère expansion. On introduit ensuite le mélange dans un moule d'aluminium et, dans une presse hydraulique, on le comprime en panneau de 740 x 740 x 50 mm, avec réduction de son volume de 16,7% et chauffage simultané à 1000C. Durée de condensation : environ 15 minutes. Après séchage à environ 800C, le panneau présente les caractéristiques suivantes Densité brute suivant DIN 53 420 : environ 120 kg/m3 Résistance à la compression avec réduction du volume de 10% n DIN 53 421: 3,3 kg/c Résistance à la flexion gt DIN 53 423 : 3,6 kg/cm2 Résistance au cisaillement XI DIN 53 422 s 2,5 kg/cm2 Coefficient de conductibilité thermique à 0 C " DIN 52 612 : 0,054 kcal/ m.h. C Absorption d'eau suivant DIN 53 428 après 24 heures 13r546 en volume 48 heures 14,8% en volume Le panneau expansé rigide convient très bien comme couche d' & e dans la réalisation d'éléments de construction présentant la composition suivante 3,2 mm de "Glasal'. collé avec une résine époxyde sur 1,0 mm de carton en amiante, collé avec un mélange 100 : 60 de silicate de soude et de talc sur 50,0 mm de panneau expansé conforme à l'exemple 2, collé avec le mélange silicate de soude/talc précité sur 1,0 mm de carton en amiante, collé avec une résine époxyde sur 0,1 mm de feuille d'aluminium, collée avec une résine époxyde sur 5,0 mm d"'Internite". Un élément découpé dans ce panneau (dimensions 500xf00mm) présente dans l'examen de la durée de résistance à la flamme selon DIN 4102, après une exposition à la flamme de 90 minutes, à la température normalisée, une température en surface supérieure de 1550C à la température ambiante, EXEMPLE 3 ::- On prépare le mélange suivant 23,000 kg d'une solution durcissable aqueuse à 54% d'un produit de pré-condensation, à base de 65% de résine mélamine/ formaldéhyde, 29% de résine urée/formaldéhyde et 6% de résine phénolZformaldéhyde, 1,000 kg d'acide formique à 50% dans liteau, 23,000 kg de talc finement divisé et 5,625 kg de particules de polystyrène pré-expansées d'une densité apparente de 12,5 g/dm3 et d'une dimension variant entre 0,5 et 2 mm et on le fait passer pendant environ 10 minutes dans un mélangeur à agitateur.Le mélange ainsi traité est déversé entre des coffrages de bois revetus intérieurement d'une feuille de polyéthylène et est comprimé légèrement à la main, Au bout de 8 heures, après enlèvement du coffrage, on obtient un bloc expansé rigide de 200 x 200 x 16 cm qui, après 14 jours, est pratiquement sec. On découpe dans ce bloc, à la scie, un panneau de 200 z 200 x 5 cm qui présente les caractéristiques suivantes poids spécifique suivant DIN 53 420 : 130 kg/cm3 Résistance à la compression après réduction du volume de 10% " DIN 53 421 : 4,9 kg/cm2 Résistance à la 2 traction " DIN 53 571 : 3,3 kg/cm2 Résistance au cisaillement " DIN 53 422 t 3,2 kg/cm2 Résistance i la flexion " DIN 53 423 : 6,2 kg/cm2 Indice de conductibilité thermique n DIN 52 612 : 0,0561 kcal/m.h. C Un panneau éprouvette de 500 x 500 mm de dimensions latérales, présente la composition suivante : 3,2mm d'Internite, collée avec une résine époxyde sur 1,0 mm de carton en amiante, collé avec un mélange 100 : 60 de si licate de soude et de talc sur 50,0 mm d'un panneau expansé conforme à l'exemple 3, collé avec le mélange silicate de soude/talc précité sur 1,Q mm de carton en amiante, collé avec une résine époxyde sur 3,2 mm d'lnternite, présente, dans l'examen de la durée de résistance à la flamme lors d'une exposition à la flamme suivant DIN 4102 ( courbe de température réduite de 650oC) , au bout de 90 minutes, une température en surface supérieure de 9800 à la température ambiante. - REVENDICATIONS - 1.- Procédé de fabrication de produits alvéolaires rigides d'une longue durée de résistance à la flamme et d'une faible conduo- tibilité thermique, caractérisé par le fait qu'on réduit d'au moins 10% de son volume par compression un mélange composé a) de particules rondes, expansées, d'un polymère de styrène thermoplastique. b) d'une solution aqueuse contenant pour 100 parties en poids du polymère de styrène, 50 à-300 parties en poids d'une résine durcissable à base d'un produit de condensa tion mélamine/formaldéhyde et, c) d'une charge inorganique finement divisée en une propor tion variant entre 25 et 200 parties en volume pour 100 parties en volume de la résine. et qu'on durcit la résine à des températures inférieures à la température d'ébullition de la solution aqueuse. 2.- Procédé selon la revendication 1, dans lequel, avant le durcissement, on provoque une préexpansion de la phase aqueuse en lui incorporant rapidement de l'air. 3.- Produits alvéolaires rigides d'une longue durée de résistance à la flamme et d'une faible conductibilité thermique, caractérisés par le fait qu'ils contiennent un mélange selon la revendication lo 4.- Application des produits alvéolaires selon la revendication 3 à la fabrication d'éléments de construction résistant à la flamme.