Brevet FR2504117A1 — publié le 19821022

-2504117 La présente invention concerne un vitrage coupe-feu comportant au moins une couche de matière intumescente prise en sandwich entre des feuilles de matière vitreuse plates. Dans la construction de bâtiments, des vitrages sont généralement utilisés dans des murs extérieurs ou intérieurs ou des cloisons Un exemple évident est l'emploi de vitrages transparents dans des fenêtres Des vitrages opaques sont également souvent utilisés dans la partie basse de cloisons intérieures. On exige de plus en plus que de tels vitrages satisfassent à certaines normes rigoureuses de résistance au feu Différentes normes modernes sont en vigueur, et généralement elles établissent que lorsque une face d'un tel vitrage est exposée à un programme de chauffage déter- miné simulant un incendie, la température moyenne de l'autre face doit rester inférieure à une valeur déterminée pendant une durée déterminée et pendant cette durée, la température maximum de toute partie de cette face ne doit pas s'élever au-dessus d'un certain niveau. De plus, il est nettement souhaitable qu'un tel vitrage reste entier aussi longtemps que possible après déclaration de l'incen- die de manière qu'il puisse rester une barrière efficace contre les flammes et les fumées et former un écran contre le rayonnement thermique. Un test est établi dans la norme internationale ISO 834 (Essai de résistance au feu des éléments de construction) En bref, ce test comprend le montage du panneau à éprouver dans la paroi d'un four qui est alors chauffé suivant un programme prédéterminé et la mesure du temps après lequel le panneau ne reste plus intact en tant que écran contre les flammes et les fumées ou après lequel sa face externe devient prohibitivement chaude Le panneau doit non seulement résister au choc thermique mais il doit aussi résister à des chocs physiques aussi long- temps qu'il est pratiquement souhaitable après déclaration de l'incendie de crainte qu'une personne qui le briserait accidentellement (ou meme délibérément) ne soit soudain mise en présence de flammes. Différentes propositions ont été faites pour la fabrica- tion de vitrages coupe-feu et comprenant en particulier le brevet bri- tannique 1 290 699 (BASF) Ce document enseigne l'utilisation d'une couche intumescente prise en sandwich entre deux feuilles de verre et de deux couches intumescentes prises en sandwich entre trois fcuillcs de verre dans la fabrication de vitrages coupe-feu qui peuvent Ztre réalisés pour satisfaire aux critères établis dans différentes normes de résistance au feu des vitrages. Les panneaux proposés spécifiquement dans le brevet de BASF cité cidessus font usage de feuilles de verre d'environ 3 mm d'épaisseur et cette caractéristique est typique des propositions anté- rieures dans le domaine des vitrages coupe-feu. Des panneaux coupe-feu connus peuvent être réalisés pour satisfaire à la norme ISO 834 pour des périodes jusqu'à 20 minutes sans difficulté particulière et des périodes plus longues de résistance au feu peuvent être obtenues en prenant certaines mesures complémentaires. Une des manières est d'accroître l'épaisseur du panneau. Puisqu'il est bien connu dansla technique que des feuilles vitreuses épaisses sont davantage sujettes à la fissuration par choc thermique, auquel elles sont inévitablement soumises lors de la déclaration d'un incendie, l'épaisseur maximum des feuilles individuelles envisagée dans les propositions antérieures a été 5 mm, et des augmentations plus grandes des épaisseurs de panneau ont été obtenues au moyen de feuilles et de couches de matière intumescente supplémentaires Ceci accroit considérablement les coûts et les difficultés de fabrication. Une autre manière est de monter deux panneaux coupe-feu connus dans un châssis destiné à un panneau double, mais de tels pan- neaux doubles sont de nouveau onéreux et trop encombrants pour certains usages. Une troisième manière est d'incorporer des fibres de verre et un treilli métallique dans une couche intumescente, mais ceci donne également naissance à des difficultés de fabrication et, dans le cas de vitrages coupe-feu transparents, que concerne plus particuliè- rement mais non exclusivement cette invention, l'addition de telles matières détériore l'aspect et la transmission lumineuse du panneau. Un des objets de la présente invention est de fournir des vitrages coupe-feu de construction modifiée qui permettent l'ob- tention plus facile d'un niveau élevé de résistance au feu d'une manière simple et économique. La présente invention fournit un vitrage coupe-feu comportant au moins une couche de matière intumescente prise en sandwich entre des feuilles de matière vitreuse plates, caractérisé en ce que au moins une feuille de matière vitreuse a une épaisseur de 6 mir, au moins. La présence dans le vitrage d'une feuille de 6 mm d'épaisseur au moins fournit un nombre d'avantages qui, ensemble, rendent le vitrage particulièrement utile à des fins de protection contre l'incendie On notera cependant que, excepté dans le cas de vitrage entièrement symétrique, ces avantages peuvent différer en importance selon le c 3 té -du vitrage o le feu se déclare Dans le cas d'un panneau comportant des feuilles de différentes épaisseurs ces avantages sont toujours beaucoup plus grands lorsque la feuille de matière vitreuse plus épaisse se situe entre le feu et au moins une feuille de matière vitreuse du panneau plus mince et pour cette raison ce point doit être pris en considération lors de l'installation du panneau. Il est en fait assez surprenant que l'utilisation d'une feuille de matière vitreuse de 6 mm d'épaisseur ou plus puisse pré- senter des avantages dans un vitrage coupe-feu puisque, ainsi qu'on l'a noté plus haut, il est bien connu dans la technique que des feuilles épaisses de matière vitreuse ont davantage tendance à se fissurer par choc thermique que des feuilles plus minces. L'utilisation d'une telle feuille épaisse de matière vitreuse tend à assurer, en raison de la plus grande masse de la feuille, qu'une couche intumescente placée derrière elle sera chauffée plus uni- formément en réduisant de la sorte la formation de points chauds sur la face exposée du panneau éloignée de l'incendie De plus, la couche intumescente tendra à s'expanser plus uniformément sur toute son étendue En outre, lorsqu'une telle feuille épaisse de matière vitreuse se fissure en raison du choc thermique, ainsi que évidemment elle le fera éventuellement si la chaleur est suffisamment élevée, sa masse tend à assurer qu'elle ne se fragmentera pas facilement et que, si elle le faisait, les fragments, en raison de leur plus grande épais- seur, tendront à rester en place plus longtemps que dans le cas de feuilles de matière vitreuse plus minces Ceci est extrêmement impor- tant. On a trouvé que l'influence favorable sur le prix de panneaux selon l'invention est accrue lorsque au moins une telle feuille de matière vitreuse a une épaisseur comprise entre 7 et 10 mm, ainsi qu'on le préfère En fait, une épaisseur particulièrement préférée pour une telle feuille est 8 mm. Dans certaines formes préférées de réalisation de l'invention, au moins une feuille de matière-vitreuse a une épaisseur différente de l'épaisseur de l'autre ou de au moins une autre feuille de matière vitreuse Lorsqu'une feuille plus épaisse de matière vitreuse est placée entre le feu et une feuille de matière vitreuse plus mince, on réalise une économie de matière vitreuse et de poids en fonction de la différence d'épaisseur des feuilles et ceci peut être obtenu sans affecter de manière significative les caractéristiques de résistance au feu du panneau Un tel panneau est moins coûiteux et plus facile à installer et ne nécessite pas un châssis relativement lourd et coûteux. Les avantages de l'utilisation dans un panneau, de feuilles de différentes épaisseurs selon l'invention sont particuliè- rement apparents lorsque une ou plusieurs des caractéristiques pré- férées suivantes est/sont adoptée(s): i) parmi les différentes épaisseurs des différentes feuilles du vitrage, l'épaisseur maximum est au moins le double de l'épaisseur minimum; ii) au moins une feuille de matière vitreuse du vitrage a une épaisseur inférieure à 6 mm; iii) une feuille de matière vitreuse seulement a une épaisseur d'au moins 6 mm; et iv) au moins une feuille de matière vitreuse a une épaisseur comprise entre 2,5 et 4 mm. Dans certaines formes préférées de réalisation-de l'in- vention, le vitrage comporte au moins trois feuilles de matière vitreuse et au moins deux couches intercalaires intumescentes Ceci est reconnu pour accroître le coût du vitrage, mais ceci se justifie lorsqu'il devra répondre à des critères de résistance au feu particulièrement sévères Evidemment le nombre de feuilles de matière vitreuse et de couches intercalaires de matière intumescente utilisé dans tout panneau particulier selon l'invention dépendra des critères de résistance au feu auxquels le vitrage devra répondre. Dans cette forme de réalisation de l'invention, il est avantageux que la ou au moins une feuille interne de matière vitreuse ait une épaisseur de 6 mm au moins, puisque cela donne les meilleurs résultats en ce qui concerne la résistance au feu. En variante ou en complément, on préfère que trois feuilles de matière vitreuse successives soient telles que l'épaisseur d'une d'elles soit au moins égale à la somme des épaisseurs des deux ? 504117 autres Ceci favorise l'efficacité du vitrage sans en accroître exagé- rément le poids. On préfère spécialement que les différentes feuilles soient disposées symétriquement par rapport au centre du vitrage selon leurs épaisseurs respectives, puisque le panneau est alors également efficace quel que soit le coté o se déclarerait un incendie. Afin de réduire la probabilité de fissuration ou de fragmentation due au choc thermique, on préfère que au moins la ou chaque feuille de matière vitreuse dont l'épaisseur est de 6 mm ou plus soit constituée d'une matière dont le coefficient de dilatation ther- mique entre des limites de température de O C et 400 C est au plus 7.5 10 06 C 1 Outre le problème de la fragmentation de feuilles d'un vitrage coupe-feu, un autre problème peut être rencontré lorsqu'un tel panneau est soumis à une chaleur très intense: dans certaines circons- tances, la matière vitreuse peut être chauffée à une température supé- rieure à son point de ramollissement de sorte que toute fissure dans la feuille s'ouvre et la feuille peut s'affaisser sous son propre poids. A cette fin, on croit que le point de ramollissement dilatométrique revêt une importance particulière et celui-ci est défini comme étant la température à laquelle la matière vitreuse a une viscosité de 1011 '5 poises Afin de résoudre ce problème, on préfère que au moins la ou chaque feuille de matière vitreuse dont l'épaisseur est 6 mm ou plus soit constituée d'une matière dont le point de ramollissement dilatométrique est au moins 600 C. De tels critères de dilatation et de ramollissement peuvent gtre respectés en choisissant la dite matière parmi: les verres borosilicates, les vitrocéramiques, les matières vitrocristallines, les verres aluminosilicates et les verres aluminoborosilicates ainsi qu'on le préfère Des exemples de compositions d'un verre aluminosili- cate et de trois verres aluminoborosilicates que l'on a trouvés satis- faisants sont les suivants (parties en poids): Si O 2 62 8 69 5 73 25 70 A 1203 8 4 4 0 6 2 10 B 203 1 1 8 7 7 2 8 Na 20 11 7 9 3 8 1 8 Ba O 2 4 5 5 Ca O 3 0 3 4 3 6. xg O 4 4 1 7 l Zn O 8 2 - Ti 02 0 6 As 203 O 4 O 15 - point de ramollissement ( C) 607 607 618 623 dilatométrique coefficient de dilatation 7 25 6 39 5 3 5 34 thermique 10-6 (o C-1) Les feuilles de matière vitreuse et la matière intu- mescente sont de préférence assemblées sous forme feuilletée et le vitrage est de préférence transparent. Dans certaines formes de réalisation de l'invention, au moins une feuille du vitrage, comprenant de préférence la ou chaque feuille dont l'épaisseur est 6 mm ou plus, est constituée de verre trempé, spécialement de verre trempé chimiquement Ceci offre des avan- tages lorsque le vitrage doit être utilisé dans des situations o la résistance à la rupture du panneau en l'absence d'un incendie revêt une importance particulière. Des niveaux élevés de résistance au feu peuvent être obtenus lorsque la ou chaque couche intumescente a une épaisseur de 1,5 mm au moins, et de préférence l'épaisseur totale de matière intu- mescente dans le vitrage est au moins 3,5 mm La quantité de matière intumescente utilisée a un effet sur la durée de résistance au feu du vitrage. La matière intumescente plus particulièrement visée est le silicate de sodium hydraté, quoique d'autres sels métalliques hydrates soient appropriés Il convient spécialement d'utiliser du silicate de sodium hydraté dans lequel le rapport pondéral Si O 2: Na 20 est 3,4: 1 et qui contient 30 à 35 % en poids d'eau. L'invention sera maintenant décrite en se référant aux dessins annexés, dont les figures 1 à 4 représentent schématiquement des sections transversales de différentes formes de réalisation de vitrages coupe-feu. Dans la figure l, le vitrage représenté comprend une feuille I de matière vitreuse ayant une épaisseur de 6 mm au moins. Une couche 2 de matière intumescente est intercalée entre la première feuille l de matière vitreuse et une seconde feuille 3 de matière vi- treuse située à droite de la première feuille La première feuille de matière vitreuse I est représentée comme étant plus épaisse que la seconde feuille 3 de matière vitreuse, mais dans une variante (non représentée) elles sont d'égale épaisseur. La figure 2 représente un vitrage comprenant un sandwich similaire 1, 2, 3 avec une seconde couche intumescente 4 intercalée entre la seconde feuille 3 de matière vitreuse et une troisième feuille de matière vitreuse La troisième feuille 5 est également représentée comme étant plus mince que la première feuille l, mais de nouveau, elle peut être d'épaisseur égale à la première feuille 1 La seconde feuille 3 peut être plus fine que la première feuille 1 ou d'égale épaisseur. La figure 3 représente un vitrage semblable au vitrage de la figure 2 auquel on a ajouté une troisième couche intumescente 6 intercalée entre la face gauche de la première feuille 1 de matière vitreuse et une quatrième feuille 7 de matière vitreuse, de nouveau plus mince que la première feuille 1, ainsi qu'une quatrième couche intu- mescente 8 intercalée entre cette quatrième feuille plus mince 7 et une cinquième feuille 9 de matière vitreuse relativement mince. La figure 4 représente un vitrage symétrique corres- pondant à celui représenté à la figure 3 mais modifié par l'absence des couches intumescentes 4 et 8 et des feuilles de matière vitreuse exter- nes 5 et 9. Dans les figures 3 et 4, la feuille interne I de matière vitreuse est au moins deux fois plus épaisse que toute autre feuille de matière vitreuse ( 3, 5, 7, 9 dans la figure 3 et 3, 7 dans la figure 4) du vitrage Ainsi donc, de trois feuilles successives, incluant la feuille plus épaisse 1, de ces vitrages ( 7, 1, 3 dans les figures 3 et 4, et 9, 7, I ou 1, 3, 5 dans la figure 3) La feuille plus épaisse I a une épaisseur au moins égale à la somme des épaisseurs des deux autres feuilles. Exemple I (figure 4) Un vitrage coupe-feu transparent comporte deux feuilles 7, 3 de verre de 3 mm d'épaisseur Entre chacune de ces feuilles et une feuille centrale I de matière vitreuse de 8 mm d'épaisseur, sont inter- calées des couches 6, 2 de silicate de sodium hydraté de 1,8 mm d'épais- seur. De tels vitrages ont été testés suivant la norme internationale ISO 834 et une norme belge correspondante NBN 713-020. En bref, ce test comprend le montage d'un vitrage de dimension usuelle dans la pratique, dans une paroi d'un four dans lequel la température (TOC au-dessus de la température ambiante) est accrue selon la formule: T = 345 log 10 ( 8 t+ 1) ou t est le temps écoulé en minutes. Ceci donne une courbe de température comme suit Temps (minutes) Température ( O C au-dessus de la tempéra- ture ambiante) 556 10 659 718 821 925 986 120 1029. Pour satisfaire au test, le vitrage doit rester intact en tant que barrière pare-flamme et pare-fumée, la température moyenne de la face du vitrage dirigée vers l'extérieur du four ne doit pas aug- menter de plus de 1400 C au-dessus de sa température initiale (ambiante) et la température d'aucun point de cette face du vitrage ne doit aug- menter de plus de 1800 C. On a trouvé qu'un vitrage selon cet exemple satisfait à ce test pendant au moins 30 minutes En fait, le premier point de la face du panneau dirigée vers l'extérieur du four dont la température a augmenté de plus de 180 'C a seulement été trouvé après 50 minutes. Le vitrage de l'exemple I peut 'être comparé avec deux autres vitrages, un premier vitrage comprenant trois feuilles de verre de 3 mm d'épaisseur et deux couches intercalaires de silicate de sodium hydraté d'épaisseurs égales, le second consistant en deux feuilles de verre de 3 mm d'épaisseur et une seule couche de silicate Pour la même épaisseur totale de matière intumescente, on a trouvé que le panneau selon l'exemple I résistait 10-15 minutes de plus que le premier de ces panneaux de référence et 20-25 minutes de plus que le second. Exemple 2 (figure 4) On a réalisé des vitrages coupe-feu transparents tels que décrits dans l'exemple 1, sauf que l'épaisseur de chaque couche de silicate de sodium hydraté a été portée à 2,5 mm. Soumis au même test, de tels panneaux restent satis- a 5 O It 1 1 v faisants pendant au moins 60 minutes. En variante de cet exemple, les couches de silicate 2,6 sont formées sur les feuilles relativement minces 3, 7 de matière vitreuse et elles sont solidarisées à la feuille plus épaisse 1 de matière vitreuse au moyen de films de polyvinylbutyral Ceci présente l'avantage de donner au panneau de meilleures propriétés de vieillisse- ment (avant son exposition au feu) de telle sorte qu'un niveau élevé de transparence est maintenu plus longtemps. Exemple 3 (figure 2) Des vitrages ont été réalisés selon la figure 2 dans lesquels la feuille plus épaisse 1 est en verre de 6 mm et les deux feuilles plus minces 3 et 5 sont chacune en verre de 3 mm Les couches intercalaires 2, 4 de matière intumescente sont en silicate de sodium hydraté de 1,8 mm d'épaisseur chacune Soumis au test selon ISO 834, on a trouvé que ces vitrages ont une résistance au feu satisfaisante pendant au moins 30 minutes. Exemple 4 (figure 3) Des vitrages sont réalisés selon la figure 3 dans lesquels la feuille plus épaisse 1 est en verre de 8 mm d'épaisseur tandis que chaque autre feuille 9, 7, 3, 5 de matière vitreuse est en verre de 3 mm Chaque couche intumescente 8, 6, 2, 4 est en silicate de sodium hydraté de 2,5 mm d'épaisseur On a trouvé que de tels vitra- ges satisfont au test de ISO 834 pendant plus de 90 minutes. Exemple 5 (figure 1) - On a réalisé des vitrages selon la figure 1 dans lesquels la feuille plus épaisse 1 a une épaisseur de 10 mm et la feuille plus mince est en verre de 3 mm, et la couche intercalaire de silicate de sodium hydraté a 2,5 mm d'épaisseur. La feuille plus épaisse ( 10 mm) est réalisée au moyen des verres aluminosilicate et alumino borosilicate dont la composition a été mentionnée dans la présente description Lorsqu'ils sont testés selon ISO 834 avec leur feuille plus épaisse faisant face à l'intérieur du four, chacun de ces vitrages présente une résistance au feu satis- faisante pendant au moins 30 minutes. Dans des variantes de cet exemple, la feuille plus mince est également réalisée en un des verres dont la composition est établie ci-dessus. Dans des variantes de chacun des exemples I à 4, la 2 5 0 4 1 1 7 feuille de verre plus épaisse est constituée d'un des verres alumino- silicate ou alumino borosilicate dont les compositions sont établies plus haut. Dans d'autres variantes de chacun des exemples, les feuilles plus épaisses l et/ou toute feuille de matière vitreuse formant une face extérieure du vitrage sont en verre trempé chimiquement. Dans d'autres variantes encore de chacun des exemples, les feuilles plus épaisses et/ou la ou toute autre feuille de matière vitreuse du vitrage est en matière vitrocristalline ou vitrocéramique. De telles matières peuvent être réalisées en soumettant un verre à un traitement thermique de manière à provoquer la formation, dans le verre, de une ou plusieurs phases cristallines Deux matières vitrocristallines appropriées ont les compositions et propriétés suivantes (composition en % en poids) Si O 2 65 à 73 43 à 49 A 1203 16 à 26 17 à 30 Li 20 4 à 5 Ti 2 Ti O 2 4 à 5 8 à 12 Mg O 4 à 12 Zn O environ 26 Cd O environ 15 Coefficient de dilatation 0 48 à O 53 1 4 à 3 9 thermique 106 (OCç) transparent translucide (transmission diffuse) 2 5 0 4 1 1 7 11 541 REVENDICATIONS 1 Vitrage coupe-feu comportant au moins une couche de matière intumescente prise en sandwich entre des feuilles de matière vitreuse plates, caractérisé en ce que au moins une feuille de matière vitreuse a une épaisseur de 6 mm au moins. 2 Vitrage selon la revendications, caractérisé en ce que au moins une telle feuille de matière vitreuse a une épaisseur comprise entre 7 et 10 mm. 3 Vitrage selon l'une des revendications 1 ou 2, ca- ractérisé en ce que au moins une feuille de matière vitreuse a une épaisseur différente de l'épaisseur de l'autre ou de au moins une autre feuille de matière vitreuse. 4 Vitrage selon la revendication 3, caractérisé en ce que parmi les différentes épaisseurs des différentes feuilles du vitrage, l'épaisseur maximum est au-moins le double de l'épaisseur minimum. Vitrage selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que au moins une feuille de matière vitreuse du vitrage a une épaisseur inférieure à 6 mm et de préférence une épais- seur comprise entre 2,5 et 4 mm. 6 Vitrage selon l'une des revendications 1 à 5, ca- ractérisé en ce qu'il comporte au moins trois feuilles de matière vitreuse et au moins deux couches intercalaires intumescentes. 7 Vitrage selon la revendication 6 et selon la revendication 5, caractérisé en ce que la ou au moins une feuille interne de matière vitreuse a une épaisseur de 6 mm au moins. 8 Vitrage selon l'une des revendications 3 à 5, et selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que trois feuilles de matière vitreuse successives sont telles que l'épaisseur d'une d'elles est au moins égale à la somme des épaisseurs des deux autres. 9 Vitrage selon l'une des revendications 3 à 5 et selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que les différentes feuilles sont disposées symétriquement par rapport au centre du vitrage selon leurs épaisseurs respectives. 10 Vitrage selon l'une des revendications l à 9, caractérisé en ce que au moins la ou chaque feuille de matière vitreuse dont l'épaisseur est 6 mm ou plus est constituée d'une matière dont le coefficient de dilatation thermique entre des limites de température de O C et 400 C est au plus 7,5 10-6 C-. 11 Vitrage selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que au moins la ou chaque feuille de matière vitreu- se dont l'épaisseur est 6 mm ou plus, est constituée d'une matière dont le point de ramollissement dilatométrique est au moins 600 C. 12 Vitrage selon l'une des revendications 10 ou 11, caractérisé en ce que la dite matière est choisie parmi: les verres borosilicates, les vitrocéramiques, les matières vitrocristallines, les verres aluminosilicates et les verres aluminoborosilicates.