Brevet FR2733538A1 — publié le 19961031

La présente invention, baptisée SAFIRE (contraction de l'anglais "Save Fire"), a pour objet un élément coupe-feu incombustible en matériau composite stratifié, possédant des propriétés de résistance au feu et aux impacts, d'isolation thermique et climatique, d'isophonie et d'étanchéité aux fluides. La présente invention concerne également les formulations et le procédé de fabrication des panneau@ en matériau composite précités. Procédé associant de la mousse phénolique, de la vermiculite, du pare vapeur, du(es) tissu(s) réfractaire(s) et de la résine phénolique polymérisée chargée en microsphères creuses à base de silice. Les domaines d'applications, liés à un tel élément coupe-feu, sont nombreux et variés, exemples: - Portes, volets et cloisons dans les batiments et les véhicules, - Isolations thermiques et acoustiques de moteurs, - Isolations de coffres forts et d'équipements de sécurité, - Conteneurs et emballages spécifiques, - Parois et portes de fours, d'inserts, d'étuves, - Shelters, cabines pôlaires, - Mobiliers, gaines, - Etc... L'invention a pour objectif de proposer, sous une faible masse pondérale et une épaisseur réduite à celle d'une porte standard, soit 40 mm, des panneaux d'une nouvelle génération succeptibles de mieux répondre, aux éxigences actuelles de la pratique, que ceux utilisés traditionnel'ement. DEFINITION En référence au dessin unique le représentant schématiquement en coupe, le panneau est réalisé sous forme de sandwich symétrique par rapport à un plan médian, moulé sur ses deux faces et l'ensemble de sa périphérie (chants), composé de: 1- Une plaque de mousse phénnlique, 2- Deux plaques de verm culite, 3- Nappes de fibre(s) réfractaire(s) tissée(s), 4- Pare vapeur, 5- Résine phénolique cetel@sée chargée en microsphères, Le choix des composants est déterminé en fonction de leures caractéristiques spécifiques et complémentaires: La résine phénolique stratifiée et catalysée (5) est incombustible. Renforcée de tissu(s) réfractaire(s) (3) elle constitue un béton de résine et assure les propriétés de résistance au feu, aux impacts et aux fluides. Les microsphères en allègent la structure. La vermiculite (2), également incombustible, possède d'excellentes propriétés de résistance au feu et des qualités isothermiques dans une large gamme de températures extrêmement basses et élevées. La mousse phénolique (1), incombustible, est un excellent isolant thermique. Elle assure l'atténuation acoustique sous une masse pondérale très faible. Le pare vapeur (4) isothermique, incombustible et imperméable, isole la vermiculite, élément très hydrophile, de l'eau contenue dans la résine phénolique au coure des opérations de moulage avant polymérisation. Cette eau, soumise au feu ou à la chaleur, se transformerait en vapeur, gonflant ainsi les panneaux au préjudice de leures caractéristiques. De plus il constitue une puissante colle et, pour des raisons pratiques, il est utilisé ici pour l'assemblage des plaques. La structure géométriquement symétrique du panneau, par rapport à um plan médian, accroît ses qualités de tenue au feu et de résistance à la déformation en situation de contrainte mécanique et/ou thermique. Cette configuration diminue les efforts internes dissymétriques et assure, de façon bi-latérale, l'homogènéité de l'ensemble de ses propriétés. Il est donc évident que les inserts de fixations, définis par l'utilisation finale du panneau, doivent être disposés sur le plan médian de la structure. Il peut notamment s'agir de pièces destinées à recevoir l' adjonction de gonds de charnières, de serrures, de barres antipanique, de poignées de manoeuvre, de points d'ancrage, etc... Ces inserts peuvent être métalliques, et préférenciellement réalisés en acier inoxydable passivé, ou constitués à partir d'un matériau composite de la même famille que celui utilisé pour la fabrication du panneau. De façon é favoriser leur accrochage à la structure, par des coulées de pare-vapeur ou de résine, il est préférable de les perforer transversallement avant leur intégration. COMPOSITON Avertissement: Les épaisseurs des composants utilisés sont définies pour la réalisation du produit standard; elles peuvent être modifiées en fonction de besoins spécifiques. Une plaque de mousse phénolique (phénolformaldéhyde) densité 80 Kg/M3 de type "Phénexpan", épaisseur 15 mm, est insérée entre deux plaques de vermiculite (mica phlogopite expansé aggloméré) densité 380 Kg/M3, de type "Pannofeu" ELFI, épaisseur 9 mm. Ces plaques sont collées et isolées thermiquement entre elles par un mélange, baptisé "Pare Vapeur", de composition et de proportion pondérale suivantes (quantités totales, partie "A" et partie "R", identiques): Partie "A": Quacorr PC : 66 % Partie "B": SO4 Ba: 74 Quacorr 1200 FR: 32 % Hartol: 6 % Sylode > 24 : 2 % H3 BO3: 20 % Le sandwich obtenu est intégralement moulé dans une résine phénolique composée proportionnellement de: Partie "A": Norsophen 1201: 49 % Partie "B": Norsophen 1@03: 45 % Catalyseur 1650 Fillite : 5,7 % à 5,7 % de "A". Noir de fumée : 0,1 % Acmos NL : 0,2 % Les résines phénoliques, norsophen 1201 et 1703, peuvent être remplacées par un produit standard (exemple; Référence 1203 commercialisée par la Société des Charbonnages de France RT) et la fillite par des microsphères creuses à base de silice de type standard (ex: Réf. 3MB 23/500 de la Sté OMYA). Le catalyseur est commercialisé, entre autres, par la Sté CDF. Les microsphères creuses sont isothermiques, isophoniques et légères. Leur utilisation réduit la densité du produit et facilite la dispersion de la résine liquide lors des opérations d'imprégnation; le noir de fumée permet, à l'opérateur, de constater visuellement l'homogénèité de la couche de résine étalée. L'acmos est un agent démoulant interne qui facilite le demoulage en phase finale. Ces produits sont subordonnés à des contraintes de péremption et se conservent normalement à température ambiante (voir notice fabricant) cependant, en périodes de chaleur, dans des locaux chauffés ou dans le cas de fabrication en zone géographique à températures élevées il convient, afin d'éviter une polymérisation trop rapide, d'entreposer ces produits dans un endroit frais, voire climatisé. La résine obtenue imprègne, de chaque côté du panneau (recto et verso) et sur les chants, trois nappes de tissu de type Roving 710 gr/M2. Selon utilisation, des variantes de ces nappes tissées peuvent être définies dans des fibres réfractaires de qualité(s) différente(s) (ex: Kevlar, Carbone) mais doivent être choisies dans des matériaux compatibles entre eux et avec l'ensemble de la structure. Nota: Pour des raisons de finition, la nappe extérieure peut être remplacée par une ou plusieurs nappes de constitution plus fine et plus sérrée (ex: taffetas). Dans le cas de porte coupe-feu et afin d'assurer l'étanchéité au feu, entre celle-ci et son encadrement, il convient de prévoir l'emplacement périphérique, centré sur le chant, d'un joint intumescent à la chaleur. Plusieurs modèles de ce produit sont disponibles sur le marché. La propriété isophonique et la protection anti-froid sont accrues par la mise en place d'un joint souple adéquat sur l'encadrement et d'une bavette au bas de la porte. Avec l'objectif d'en adapter les performances à des besoins ponctuels, des variantes (non représentées) de Safire peuvent être développées, exemple: - Modification de l'épaisseur, - Adjonction d'un blindage, - Assymétrie, - Etc... Ce produit peut également être associé à d'autres structures de fonctions annexes telles que: - Anti-effractions, - Décoratives, - Autres... CARACTERISTIQUES Ses principales caractéristiques non exhaustives sont: - Incombustibilité, - Isothermie (résistance aux températures éxtrèmement basses ou élevées), - Isophonie (= ou à 40 db selon fréquence), - Résistance aux impacts et aux fluides, - Insensibilité à la corrosion, - Epaisseur réduite à celle d'un produit standard (e = 40 mm), - Légèreté, - Pas d'émanation nocive en présence de flammes ou de températures élevées, - Insensibilité aux variations climatiques et hygrométriques, - Indéformabilité, - Fiabilité... La présente innovation consiste en l'association de l'ensemble de ces propriétés sur un seul produit et en son interchangeabilité avec un produit standard; particularité notamment appréciable dans le cas de portes coupe-feu. Un panneau ainsi réalisé à l'épaisseur d'une porte standard, soit 40 mm, a été soumis à des essais de tenue au feu et en température. Le panneau exposé à une flamme constante d'une température supérieure à + 1100 C, pendant une heure, sur une de ses faces a permis d'enregistrer à l'emplacement symétriquement opposé les mesures suivantes: Aprés une 1/2 heure d'exposition: - Au centre médian de la structure: + 70 C - Sur la face opposée: + 60 C Aprés une heure d'exposition: - Au centre médian de la structure: + 95 C - Sur la face opposée: + 80 C NOTA: Aucune émmanation gazeuse ni fumée n'a été constatée. A partir d'une température ambiante, une des faces est soumise, pendant une heure, à une température de - 20 C : la face opposée s'est maintenue, à la fin de l'essai, à une température de + 10 C Les tests d'isophonie parmettent de constater une atténuation supérieure à - 40 db et plus selon fréquences. PREPARATION Les deux plaques de vermiculite et la plaque de mousse phénolique sont découpées à raison de + 1 cm, réparti symétriquement, par rapport aux cotes finales (longueur et largeur) du panneau. La mousse phénolique est perforée sur ses deux faces au pas de 30 mm, diamétre des trous 5 mm, profondeur 5 à 7 mm, puis est brossée avec une brosse souple. Un outil réalisé sous forme de rouleau à poinçons facilitera cette opération. Ces trois plaques sont ensuite délicatement (en raison de leur fragilité) placées à plat en étuve sêche, les deux faces ventilées, pendant 12 à 24 heures afin de faire baisser leur taux d'humidité à 5 % (température recommandée 60 à 70 ). Les emplacements des inclusions sont usinés avant de réaliser les opérations suivantes. Recommandation: Le port de gants et @êtements adaptés est impératif pour l'éxécution des opérations nécessitant la manipulation des produits. Outre ses propriétés isolantes, le pare vapeur possède les caractéristiques d'une colle performante; il est utilisé comme telle dans l'opération suivante. Ce mélange pouvant être détonnant, la préparation, partie "A" + partie "B", n'est réalisée, à l'aide d'un mélangeur à hélice et dans les proportions préalablement citées, qu'au moment de son utilisation . Il est cependant possible de préparer et maintenir séparément ces deux parties. A titre indicatif, prévoir 0,7 Kg de mélange par M2 développé. Cette quantité peut être réduite par la pratique. Poser une plaque de mousse phénolique à plat, enduire la face apparente d'une couche du mélange en prenant soin de le faire pénétrer dans les perforations pratiquées au préalable. Appliquer une plaque de vermiculite, ajuster les bords. Retourner l'ensemble et mettre les inclusions en place en les enduisant sur toutes leures faces. Renouveller l'opération pour la deuxième plaque de vermiculite en faisant également pénétrer le pare vapeur dans les orifices transversaux des inclusions. L'ensemble ainsi préparé est placé dans une presse à plateaux, équipée de cales d'épaisseur de 33 mm, pendant 2 Heures. Température recommandée des plateaux: 70 C., Pression: 1,5 bar. Laisser refroidir à température ambiante, atmosphère séche. L'usinage définitif est réalisé sur une piéce froide. Les cotes d'usinage sont symétriquement inférieures de 7 mm (longueur et largeur) aux cotes finales du panneau. Toutes les arêtes doivent être chanfreinées (Voir dessin). Afin d'éviter toute reprise d'humidité, en cas d'atmosphère humide, ou de stockage prolongé, placer la pièce en étuve, selon indications précitées, avant de réaliser les opérations suivantes. Pour les raisons préalablement citées, le pare vapeur nécessaire à l'opération suivante ne sera également préparé qu'au moment de son utilisation; prévoir 0,5 Kg par M2 et par couche développés. Enduire en totalité, c'est à dire sur les deux faces et les chants, la pièce définitive d'une couche légère mais homogène. Après polymérisation à l'aim ambiant, renouveller l'opération de façon à constituer un enrobage imperméable. IMPREGNATION, MOULAGE Le moule utilisé pour l'opération finale est en matière plastique (ex: polypropylène à haute densité) ou, dans le cas de grandes séries, en acier inoxydable passivé. Afin de faciliter le démoulage, les angles seront arrondis (Voir dessin). Avant opération, une cire de démoulage est déposée en couche légère sur la totalité du moule; elle peut être remplacée par un vernis cellulosique, coloré, dilué à 5 % d'acétone. Laisser sécher avant utilisation. Les nappes de tissu doivent être pré-découpées en tenant compte des remontées sur les chants du moule et du recouvrement des nappes inférieures et supérieures. Recommandation: Port de gants et vêtements adapt@s impératif. Ce mélange peut être détonnant. Par mesure de sécurité la préparation de la résine phénolique (partie "A", partie "B") n'est donc réalisée que par quantités inférieures à 10 Kg chacunes, et seulement au moment de son utilisation. Nota: Le poids de résine utilisée dans la fabrication d'une porte, de dimensions standard, est inférieur à cette quantité. Cependant plusieurs quantités de la partie "A" peuvent être préparées. Prévoir 0,6 Kg de mélange total par couche et par M2. Le fond du moule est d'abord enduit de résine liquide, puis chaque nappe de tissu est positionnée et imprégnée ensuite. La pièce constituant le no@au est alors placée et enduite de résine. Les opérations, alternant la pose des nappes et l'imprégnation, sont répétées en terminant par une épaisse couche de résine avant la fermeture du moule. Le nettoyage de l'outillage peut être éffectué, avant polymérisation, à l'aide d'acéton@. Apres fermeture, le moule est place entre les deux plateau d'une presse pendant 1,5 Heure. Les opérations d'impregnation génèrent l'emprisonnement de bulles d'air; a@in de fa@ori@er le dégazage, la pression et la temperature sont élavees progressivement jusqu'à obtention de: 70 6 et de 1,5 bar temps appro@imatié de l'elevation: 15 mn). Le démoulage doit être réalise à froid. Le refroidissement se @era naturellement, hors de la presse, afin d'obtenir à l'intérieur ou moule une température proche de la température amoiante. Plusieurs heures sont nécessaires. Aprés dépose du couvercle, retou@@er le moule pour en extraire le panneau. Attendre quelques temps de stabilisation avant de procéder aux opération d'ébavdrage. DOMAINES D'APPLICATIONS Les domaines d'applications du concept SAFIRE sont multiples, toutefois, celui-ci est plus particulerement destiné à la realisation de portes et de cloisons coupe-feu, au remplacement de portes standard ou de moindres performances dans les immeubles sensibles, les administrations, le comme@ce et l'industrie, les infra-structures sportives, le sacteur hospitalier, la navigation commer@iale, etc..., mais aussi à @ création de structures spècifiques belles que perois @gnifuges, isolations thermiques et phoritues des moteurs, cabi@es bôlaires, containers, emballages spéciaux, mobiliers... REVENDICATIONS @- Precedé de fabrication d'une porte et, ou d'un panneau coupe-de@ caractérise en ce qu'il consiste: @ ere étape: à former, sous forme de sanowich, une âme composée d'une plaque de mousse phenolique inserée et collée, à l'aide de pare vapeur, entre deux plaques de @ermiculite. Cette âme est ensuite enduite, en totalité, du dit pare vapeur de formulation suivante: Partie "A": Quacorr PC : 66 % Partie "B": BO4 Ba: @4 % Quacorr 1200 FR: 32 % Hartol: 6 % Sulodex @@ : 2 % H@ BO3: 20 % 2 âme étape: a esmober l'éme ainsi @@tenue dans des fibres refractaires, tissees. @@prégnées de resine phenolique catalvsée et de formulation sulvesse: Partie "A": Norsophen 1201: 49 % Partie "B": Norsophen 1703: 45 % Catalvseur 1650 Fillite : 5,7 % à 5,7 % de "A". Notr de fumes : 0,1 % Acmes NL : 0,2 % 2- Une porte et ou un @@@@eau @oupe-deu, @onforme à le @@@endication n@@@i, caracterisé en ce qu'il comporte une âme stratifiee composée de mousse pherolique (1) associee à de le vermiculite (2) et enduite de pare @speur (4). Cette âme est enrobee dans des nappes de fibres refractaires, tissées (3), imprégnées de résine chésolique @@tal@sée (5) et chargée en mitrosphères treuses à base de @ilion.