Brevet FR2574447A1 — publié le 19860613

PANNEAU DE PLAFOND RESISTANT A L'AFFAISSEMENT Les panneaux de plafond, en particulier les panneaux de plafond acoustiques, sont souvent fabriqués à partir d'une masse làche de fibres de laine minérale légèrement compactées. Les caractéristiques de faible densité de ces panneaux sont nécessaires pour obtenir de bonnes propriétés acoustiques. Cependant, la nature de la laine minérale est telle qu'elle perd sa résistance et se déforme lorsqu'elle est exposée à des températures à partir de 700 C environ telles qu'on les rencontre lorsqu'un feu se déclare dans une pièce contenant des panneaux de plafond acoustiques de laine minérale. Il se produit une déformation du panneau entier lorsque les fibres de laine minérale individuelles retrécissent avec écoulement visqueux et permettent au panneau de tomber du plafond. Cet affaissement des panneaux de plafond au cours d'un incendie expose le système de conditionnement d'air et la face inférieure de la structure au-dessus de la pièce aux condi- tions de l'incendie. L'extension de l'incendie est donc accélérée. En conséquence, il est souhaitable de fabriquer un panneau de fibres de laine minérale qui conserve les proprié- tés acoustiques nécessaires tout en résistant suffisamment aux conditions d'incendie prévisibles en retardant la chute du panneau du plafond, et en retardant ainsi l'extension initiale de l'incendie. En même temps, le panneau de plafond acoustique doit résister aux conditions ambiantes normales auxquelles les panneaux de plafond acoustiques sont exposés au cours de leur utilisation. Tout traitement des fibres de laine minérale doit être tel que lorsqu'elles sont exposées à l'humidité normale et à l'air dans une pièce, la méthode de traitement ne tache pas le plafond, ne devienne pas trop acide ou trop basique, détruisant ainsi les fibres, et ne dégage pas d'odeurs désagréables au cours de la vie normale du panneau, ou ne dégage pas de gaz nocifs au cours de l'incendie. Le but principal de la présente invention est de présenter -un panneau qui satisfait à ces exigences. Une série de brevets antérieurs ont abordé le problème des panneaux de plafond résistant au feu qui peuvent être ou non acoustiques. La plupart de ces brevets antérieurs utilisent divers moyens pour résoudre les problèmes. Certains utilisent des fibres réfractaires revêtues, d'autres un mélange de fibres cristallines avec des fibres vitreuses, d'autres proposent des dépôts réfractaires à la surface de fibres vitreuses, et d'autres utilisent des fibres céramiques. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique No. 3 348 994 délivré à Rees et coll. décrit l'utilisation de fibres de verre qui ont été traitées par un agent de dévitrification en même temps que par un accélérateur de dévitrification, pour augmenter la vitesse de cristallisation des fibres de verre lorsqu'elles sont soumises à la chaleur. L'invention concerne le traitement de fibres de laine minérale avec du carbonate de lithium pour former un panneau de plafond résistant à l'affaissement. Le carbonate de lithium peut être appliqué par n'importe quel moyen convenable tel qu'une pulvérisation à sec ou au mouillé de carbonate de lithium au cours de la formation des fibres, une addition directe de carbonate de lithium à la formule de plaque de plafond, une post-application à la plaque par saupoudrage, saturation ou pulvérisation, et une addition directe du carbonate de lithium à la masse fondue avant la formation des fibres de laine minérale. Le panneau de plafond lui-même sera fabriqué par des procédés classiques tels que dépôt à sec ou dépôt au mouillé. Ces panneaux de plafond utiliseront parfois un système de liant qui peut être un système de résine phénolique durcissable ou une solution d'amidon. Le carbonate de lithium peut être incorporé commodément au système de liant si l'on en utilise un. Le panneau fini aura une surface décorative tournée vers l'intérieur de la pièce, et il sera découpé à n'importe quelles dimensions et formes appropriées pour l'installation de la pièce. La figure unique montre une coupe transversale du produit selon la présente invention. Un panneau de plafond résistant à l'affaissement lors- qu'il est exposé à un incendie dans une pièce comprend, selon la présente invention, une couche (1) qui est constituée de fibres minérales uniformément mélangées avec du carbonate de lithium, et une surface décorative (2) disposée sur la face de la couche (1) qui est dirigée vers l'intérieur de la pièce. La laine minérale est une matière vitreuse, amorphe, fibreuse, qui se transforme en une matière cristalline au- dessus d'environ 800 C. Cette transformation d'une matière amorphe en une matière cristalline est connue sous le nom de dévitrification. Dès que l'état cristallin des fibres de laine minérale a été réalisé, les processus de ramollissement, de déformation et de retrait sont ralentis ou arrêtés, car l'état cristallin a un point de-fusion nettement plus élevé. Cependant, avec la laine minérale, un retrait important s'effectue avant le moment auquel la dévitrification, et par conséquent une stabilité supérieure, se produit. Il est possible de dévitrifier des fibres de laine minérale en les soumettant à une histoire thermique soigneusement contrôlée voisine du recuit. De cette manière, la fibre vitreuse amorphe peut ûtre transformée en une fibre cristalline sans retrait important. Cependant, ces procédés de traitement thermique sont longs et consomment de l'énergie:ils sont donc onéreux. Ils rendent souvent la fibre inutilisable. La découverte de la présente invention est que le carbonate de lithium en quantité appropriée et réparti de manière raisonnablement uniforme sur et à travers des fibres de laine minérale règle la vitesse de dévitrification de telle manière que les fibres de laine minérale ne rétrécissent normalement pas lorsqu'elles sont exposées aux conditions normalement rencontrées dans un incendie dans une pièce. La présence d'un liant maintient l'intégrité physique du panneau, tel qu'il a été formé, et dans son utilisation comme panneau de plafond acoustique dans les diverses conditions qui existent dans une-pièce. Comme il a été mentionné précédemment, le panneau de plafond sera formé par des procédés classiques, et le carbonate de lithium peut être introduit de n'importe quelle manière convenable. La laine minérale telle qu'elle est reçue, sera floconnée pour former une masse lâche de fibres indi- viduelles. Alors que le système de liant peut être introduit par saupoudrage ou en ajoutant des poudres sèches d'une autre manière à la masse des fibres de laine minérale floconnées, on préfère que les fibres soient d'abord emportées dans un courant d'air de transport et que le système de liant et le carbonate de lithium soient introduits séparément dans le courant d'air. Le courant d'air transportera alors les fibres minérales et le reste du système dans une chambre de formation des plaques, en mélangeant intimement les fibres de laine minérale et les autres ingrédients au cours du processus de transport. La chambre de formation des plaques peut consister en deux toiles métalliques de formage sans fin, comportant des moyens pour permettre à l'air de s'échapper à travers les toiles. Les toiles de formage peuvent converger vers un espacement réglé pour produire un matelas de l'épaisseur désirée. Apres avoir quitté la partie de formation des plaques de l'installation, le matelas est transporté dans un moule o il est modérément comprimé. De la chaleur est appliquée si le système de liant comprend une résine phénolique durcissable. La chaleur peut être envoyée à travers le matelas par simple passage d'air chaud à travers celui-ci. Pour un système de liant de résine phénolique durcissable ordinaire, les tempé- ratures obtenues dans toute la masse du matelas seront 205 à 232 C (400450 F). La densité du panneau de plafond obtenu sera normalement dans l'intervalle d'environ 96 à 144 kg/m (6 à 9 livres par pied cubique). Dans des buts décora- tifs, le panneau peut être peint ou revêtu pour présenter un aspect attrayant sur le plafond d'une pièce. La quantité de carbonate de lithium qui doit être appliquée aux fibres de laine minérale, variera d'environ 20 % à environ 6 % en poids de carbonate de lithium par rapport au poids des fibres de laine minérale. Des quantités supérieures à celles-ci constituent un excès et un gaspillage de matière. Au moment o la quantité de carbonate de lithium se rapproche des 16 % en poids par rapport au poids des fibres de laine minérale, l'effet s'inverse et les fibres minérales s'écoulent et rétrécissent à une température inférieure à celle des fibres de laine minérale non traitées. L'action de dévitrification du carbonate de lithium sur les fibres de laine minérale est étonnamment spécifique. Par exemple, n'importe quelle quantité de carbonate de lithium sur de la perlite, un silicate d'alumine vitreux ou sur les fibres de verre utilisées pour fabriquer les matelas d'isolation thermique, des borosilicates, agit comme un fondant qui réduit la température de fusion, d'o il résulte un retrait plus précoce. Pour des raisons inconnues, l'addition de carbonate de lithium sous la forme d'une bouillie aqueuse ne paraît pas être aussi efficace que l'addition sous la forme sèche. En conéquence, des quantités plus importantes de carbonate de lithium dans les intervalles indiqués doivent être utilisées lorsqu'on ajoute une bouillie humide. Le carbonate de lithium technique, Li2CO3, se trouve dans le commerce. Bien que plus les particules de carbonate de lithium soient petites, plus elles soient efficaces lors- que le carbonate est appliqué sous forme de poudre sèche ou sous forme de bouillie, les qualités ordinaires ayant la gra- nulométrie suivante sont parfaitement acceptables: Ouverture de maille Granulométrie typique (% accepté) (mm - US mesh) 0,42 (40) 100 0,15 (100) 85 0,074 (200) 45 Le carbonate de lithium sous la forme d'oxyde de lithium a été utilisé pendant de nombreuses années comme constituant de verres, glaces, et émaux de qualité. Il confère les pro- priétés de résistance chimique, de faible dilatation thermi- que et de brillant élevé. Dans ces applications, l'oxyde de lithium est en fait utilisé pour son action de fondant pour réduire la température de calcination et le temps de calcina- tion, pour améliorer l'écoulement et les propriétés de liaison et pour effectuer l'émaillage d'une tôle d'acier plus fine. La pureté-du carbonate de lithium technique est en général de 99,1 %, la principale impureté étant l'eau avec environ 0,5 %. Comme mode de réalisation de la présente invention, le carbonate de lithium peut être ajouté à la masse de première fusion à partir de laquelle les fibres de laine minérale doivent être filées. A un moment quelconque au cours de la formation de la masse fondue, le carbonate de lithium se transforme en oxyde de lithium. On ne sait pas si l'oxyde réagit ou non avec l'un quelconque des autres oxydes présents dans la laine minérale. Les fibres formées à partir de cette masse fondue se comportentlorsqu'elles sont soumises à une histoire thermique à température élevée/comme si le carbonate de lithium était présent sur les fibres de laine minérale sous forme de particules discontinues comme dans le mode de réalisation préféré. Exemple 1 On prépare des mélanges de laine minérale contenant 2 % en poids de carbonate de lithium par rapport au poids de la laine minérale, ainsi que des témoins appropriés ne contenant pas de carbonate de lithium. Les échantillons sont placés dans un four maintenu à 800 C pendant destemps différents. A la fin de chaque période appropriée, les échantillons sont soumis à une détermination de leur cristal- linité par diffraction aux rayons X. La surface sous le pic de réflexion du premier ordre de la phase cristalline primaire est utilisée comme indication de la quantité de cristallinité. Les résultats sont les suivants: Temps Surface du pic, mm2 Témoin Li2CO3 mn - 226 mn - 459 45 mn - 407* mn - 406* * La quantité de cette phase a été réduite en raison de la formation de phases supplémentaires Exemple 2 On tasse deux lots de fibres de laine minérale dans des creusets pour l'essai dans un appareil de compression en tube. Un échantillon contient 3 % en poids de carbonate de lithium par rapport au poids des fibres de laine minérale. Les deux échantillons sont introduits dans un four maintenu à 800 C (1450"F) et chauffé pendant 15 minutes. Ils sont ensuite chargés avec un poids de 454 g (1 livre), puis le retrait linéaire/compression est mesuré. Témoin: déviation hors de l'étendue de mesure en 1 minute (25,4 mm - 1.000 mils). 3 % de carbonate de lithium: déviation 1,19 mm (47 mils) au bout de 16 minutes, aucun retrait supplémentaire ne se produit. Ces résultats démontrent l'effet de la rigidification des fibres sur la résistance à la déformation. Exemp!e 3 On prépare deux échantillons de laine minérale, l'un contenant 2 % en poids de carbonate de lithium mélangé à sec avec la laine minérale, l'autre sans additifs. Les deux échantillons sont traités thermiquement et leur cristallinité est déterminée par diffraction aux rayons X. La surface du pic principal de l'échantillon d'essai est de 147 mm2 au bout de 24 heures à 680 C. Le témoin présente une surface qui n'est que de 18 mm2 au bout de 163 heures. à 720 C. Exemple 4 On prépare un mélange d'oxydes qui reproduit la composi- tion de la laine de minérale en ce qui concerne les quatre oxydes principaux. On ajoute à un lot 3 % en poids par rapport au poids des oxydes de carbonate de lithium, ce qui correspond à 1,2 % d'oxyde de lithium dans le verre en raison de la perte de gaz carbonique. La matière est fondue dans des creusets de platine à 1426 C (2600 F), elle est retirée et refroidit brusquement par immersion dans l'eau. Les compositions finales sont les suivantes: Oxyde Témoin Essai SiO2 42,4 41,9 A1203 10,5 10,4 CaO 37,0 36,6 MgO 10,1 10,0 Li O - 1,2 Ces échantillons sont broyés à une taille de particule fine; ils sont chauffés à 900 C pendant des temps différents et leur cristallinité est déterminée par diffraction aux rayons X. La surface du pic de réflexion du premier ordre est utilisée comme indication du pourcentage de cristallinité. Les deux échantillons montrent la présence de la phase cristalline, l'akermanite (2CaO.MgO.2SiO2) Les résultats sont les suivants Temps M6E_9E.:! Temps Surface du pic, mm2 Témoin Essai mn O O mn 0 372 mn 20 580 30 mn 22 846 mn 216 918 REVENDICATIONS 1. Panneau de plafond résistant à l'affaissement lorsqu'il est exposé à un incendie dans une pièce, caractérisé par le fait qu'il comprend des fibres de laine minérale et environ 1 % à environ 16 % en poids de carbonate 'de lithium, ou son produit de décomposition fondu, par rapport au poids des fibres de laine minérale. 2. Panneau selon la -revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend environ 1% à environ 6 % en poids de carbonate de lithium. 3. Panneau selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comprend environ 3 % en poids de carbonate de lithium. 4. Panneau selon l'une quelconque des revendications i à 3, caractérisé par le fait qu'il contient un système de liant pour les fibres de laine minérale. 5. Panneau selon la revendication 4,.caractérisé par le fait que ce système de liant est une résine phénolique durcie. 6. Panneau selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que son c8té tourné vers l'in- térieur de la pièce est une surface décorative.