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Vitrages transparents résistant au feu
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La présente invention concerne un vitrage transparent résistant au feu comprenant au moins une couche de matière intumescente solidarisée à au moins un feuillet de structure du vitrage. L'invention comprend un procédé de fabrication d'un tel vitrage.
Des couches de matière intumescente sont souvent associés à des feuilles de matière vitreuse pour former des vitrages résistant au feu. Par exemple, une telle couche peut être prise en sandwich entre deux feuilles de verre. De tels vitrages trouvent des utilisations très importantes en tant que panneaux transparents qui permettent l'éclairement de zones à protéger et en tant que fenêtres de locaux et d'autres espaces où existe un risque d'incendie.
De manière classique, on teste l'efficacité de tels panneaux en les montant dans une paroi d'un four dont la température intérieure est ensuite augmentée selon un programme prédéterminé. Des détails concernant un tel test sont décrits dans la Norme Internationale n ISO 834-1975. La procédure de test de résistance au feu fixée dans cette norme est également mentionnée dans la Norme Internationale n ISO 9051-1990 qui parle spécifiquement des caractéristiques de résistance au feu d'ensembles vitrés. Il convient ici de citer certains passages de cette norme.
"Le verre est une matière incombustible, il ne contribuera donc ni à attiser ni à propager le feu.
"Sous l'action de la chaleur, le verre peut se briser par choc thermique ou se ramollir et ne plus être maintenu par le châssis. C'est la raison pour laquelle seuls certains types d'ensembles vitrés sont considérés comme résistants au feu. L'aptitude des ensembles vitrés à résister au feu dépend du type de verre, de la méthode de mise en oeuvre, du type de châssis, de la dimension de la vitre, de la méthode de fixation et du type de construction dans laquelle la partie vitrée est installée.
"Certains ensembles vitrés transparents et translucides peuvent satisfaire aux exigences de stabilité et d'étanchéité (RE) et dans certains cas aux exigences d'isolation thermique (REI) (R pour Résistance, E pour Etanchéité, 1 pour Isolation).
"Dans la prévention des incendies, il ne faut pas seulement envisager la possibilité de propagation directe de l'incendie au travers des
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ouvertures résultant du bris du verre mais il faut également prendre en compte la chaleur transmise par l'ensemble vitré, même si ce dernier reste intact puisque cette chaleur peut provoquer l'inflammation de matériaux combustibles.
"Les ensembles vitrés de la classe RE sous des conditions de feu telles que définies dans l'ISO 834 assurent, pendant un certain temps, la stabilité et l'étanchéité. La température de la face non exposée au feu n'est pas prise en considération.
"Les ensembles vitrés de la classe de résistance REI sous des conditions de feu telles que définies dans l'ISO 834 assurent, pendant un certain temps, la stabilité, l'étanchéité et l'isolation thermique."
Il existe différentes classes de vitrages résistant au feu, et parmi celles habituellement reconnues, on trouve les classes qui comprennent des vitrages qui constituent une barrière efficace contre les flammes et les fumées (c'est-à-dire classe RE) pendant des périodes de 15,30, 45,60, 90 et 120 minutes. D'autres classes correspondent à des vitrages qui sont des barrières efficaces contre le passage des flammes et des fumées et qui présentent également certaines propriétés isolantes (c'est-à-dire classe REI), également pendant des périodes de 15, 30, 45, 60,90 et 120 minutes, par exemple.
Les propriétés isolantes qu'un vitrage doit offrir pour recevoir la classification REI de la norme sont, en bref, qu'aucun point de la surface qui est exposée à l'extérieur du four ne peut subir une élévation de température supérieure à 180 C au-dessus de sa température initiale (ambiante), et que l'augmentation moyenne de la température de cette face ne dépasse pas 140 C. De tels vitrages appartenant à la classe REI peuvent également constituer des barrières contre la transmission du rayonnement infra-rouge provenant du siège d'un incendie.
Il est extrêmement important que la couche de matière intumescente d'un vitrage résistant au feu ait de bonnes propriétés de résistance au feu au cours d'un incendie, et conserve des propriétés optiques acceptables jusqu'au moment où elle commence à s'expanser au cours de l'incendie.
Des sels métalliques hydratés, par exemple des silicates métalliques, et particulièrement des silicates de métaux alcalins sont utilisés dans la fabrication de tels vitrages depuis plusieurs années. Les couches incorporées dans les vitrages finis ont typiquement une teneur en eau comprise entre 29% et 35%. Dans la présente description, des références à des teneurs en eau sont des références à la teneur en eau en tant que proportion en poids de la matière intumescente utilisée pour former la couche, ou en tant que proportion en poids de la matière
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intumescente incorporée en tant que couche dans le vitrage fini (avant le déclenchement d'un incendie et la modification de cette couche qui en découle).
Au cours d'un incendie, l'eau d'hydratation est extraite par la chaleur dégagée par le feu, et la couche de matière intumescente est convertie en une mousse opaque qui agit en tant que barrière à la chaleur tant irradiée que conduite, et cette couche sert également à solidariser les feuillets de structure du vitrage, comme par exemple les feuilles de verre qui peuvent se briser par choc thermique dû à l'incendie. L'efficacité du vitrage en tant que barrière contre les flammes et les fumées est de ce fait également prolongée.
L'efficacité d'un vitrage de type connu en tant qu'écran coupe-feu dépend de différents facteurs. L'efficacité d'un panneau feuilleté consistant un une couche unique d'une matière intumescente donnée prise en sandwich entre deux feuilles de verre d'épaisseur donnée augmente avec l'épaisseur de la couche intumescente. Pour un panneau connu antérieurement ayant un poids donné par unité de surface, c'est-à-dire pour la même épaisseur totale de verre et de matière intumescente, l'efficacité peut être augmentée en choisissant un panneau feuilleté à cinq feuillets, dans lequel il y a deux couches de matière intumescente maintenues entre trois feuilles de verre.
De fait, on a souvent remarqué qu'un panneau feuilleté de trois feuilles de verre de 4mm chacune enfermant deux couches de matière intumescente de 1mm est plus efficace qu'un panneau feuilleté de deux feuilles de
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verre de 6mm enfermant une couche de matière intumescente de 2mm. Une même efficacité peut dès lors être obtenue en utilisant un panneau plus mince comprenant davantage de feuillets. Il est clair qu'il est souhaitable d'obtenir des vitrages résistant au feu qui ont une masse faible par unité de surface, mais la formation de vitrages de quatre feuillets ou davantage s'avère coûteuse.
Un autre problème qui est associé à l'utilisation de couches de sel métallique hydraté en tant que matière intumescente est le vieillissement de la matière au cours du temps. Le vieillissement se traduit par une détérioration des propriétés optiques du vitrage, par exemple une réduction de la transparence de la matière intumescente hydratée qui, à son tour, réduit la transparence du vitrage.
Une telle détérioration des propriétés du vitrage est nettement préjudiciable.
Le problème de la détérioration des propriétés optiques par vieillissement d'un vitrage résistant au feu comprenant une couche de matière intumescente est connu depuis de nombreuses années, et différentes tentatives ont été faites pour résoudre ce problème. Une cause principale de la détérioration des propriétés optiques est l'apparition de microbulles dans ou à la surface de la couche, et il est connu de fabriquer la couche par séchage in situ d'une solution de sel métallique hydraté utilisant de l'eau qui a été dégazée, et en prenant soin,
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lorsqu'on prépare la solution, de ne pas agiter la solution à un point tel que de l'air ou un autre gaz se redissolve et puisse réapparaître lorsque la couche séchée vieillit.
Quoique cette manière de procéder procure une amélioration des propriétés de vieillissement du vitrage, elle ne donne pas entièrement satisfaction lorsqu'on doit utiliser un tel vitrage dans de conditions où il est exposé à une chaleur modérée, dûe par exemple à la lumière solaire directe. II est également connu d'ajouter au sel métallique hydraté un agent de stabilisation tel qu'un composé organique azoté partiellement dissocié, par exemple un composé d'ammonium quaternaire tel que de l'hydroxyde de tétraméthylammonium, et cette méthode procure effectivement de meilleurs résultats.
Un des objets de la présente invention est de fournir un vitrage transparent résistant au feu présentant de bonnes propriétés de vieillissement qui ne dépendent pas essentiellement de l'utilisation d'un tel additif, et qui offre également de bonnes propriétés de résistance au feu au cours d'un incendie.
La présente invention concerne un vitrage transparent résistant au feu comprenant au moins une couche de matière intumescente solidarisée à au moins un feuillet de structure du vitrage, caractérisé en ce qu'il comprend une telle couche de matière intumescente solidarisée à un feuillet de structure, formée par compactage de grains d'un sel métallique hydraté intumescent, et ayant une teneur totale en eau comprise entre 20 et 26%.
On a observé que les propriétés optiques d'un tel vitrage sont moins susceptibles de se détériorer au cours du temps que celles d'un vitrage connu dans lequel la teneur en eau est quelque peu plus élevée. En fait les propriétés de vieillissement d'un vitrage selon l'invention sont, toutes autres choses étant égales, meilleures que celles d'un vitrage dont la matière intumescente a une teneur en eau plus élevée comprise entre 29% et 34% et qui incorpore un agent de stabilisation tel que de l'hydroxyde de tétraméthylammonium. Ceci est assez surprenant, et il ne nous apparaît pas du tout clairement pourquoi ce résultat avantageux se produit en utilisant une couche de matière intumescente ayant une teneur en eau plus basse.
Il est également surprenant qu'un tel vitrage puisse avoir des propriétés de résistance au feu améliorées, parce qu'on pourrait s'attendre à ce que la teneur en eau plus faible dans la couche intumescente réduise en fait l'efficacité du vitrage parce qu'il se produirait moins de mousse au cours d'un incendie. En fait, on a trouvé qu'un panneau feuilleté à trois feuillets selon l'invention comprenant une couche unique de matière intumescente prise en sandwich entre deux feuilles de verre présente me meilleure résistance au feu qu'un feuilleté à trois feuillets de dimensions similaires dont la couche intumescente a une teneur en eau plus élevée.
L'invention présente de ce fait l'avantage supplémentaire de permettre
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l'obtention d'une même résistance au feu au moyen d'un vitrage plus mince et plus léger sans rencontrer les complications supplémentaires et le coût associés à l'augmentation du nombre de feuillets du vitrage feuilleté.
En outre, la teneur en eau relativement faible de la couche de matière intumescente, un maximum de 26%, favorise sa dureté, de sorte qu'elle est physiquement plus stable et a moins tendance à se déformer. Produire une couche dont la teneur en eau n'est pas inférieure à 20% est avantageux pour l'obtention des vitrages ayant une bonne transparence.
De préférence, que la dite couche a une teneur totale en eau qui n'est pas inférieure à 22%. La présence de telles proportions d'eau dans la couche intumescente offre de très bonne propriétés de moussage au cours d'un incendie, et elle permet également la formation d'une couche de matière intumescente dure et compacte qui conserve de bonnes propriétés optiques au cours du temps. De manière optimale, la dite couche a une teneur totale en eau qui n'est pas inférieure à 23%.
Egalement pour obtenir les meilleurs résultats, on préfère que la dite couche ait une teneur totale en eau qui n'est pas supérieure à 25%, puisque ceci favorise la conservation de bonnes propriétés optiques malgré le vieillissement du vitrage.
Une telle couche de grains peut facilement être compactée en la soumettant à des conditions convenables de température et de pression pour former une couche dans laquelle les grains individuels ne sont pas visibles à l'oeil nu, de sorte que la couche présente un aspect uniforme, et est transparente.
Cependant, la présence de tels grains peut être révélée, par exemple par balayage aux ultrasons ou par examen microscopique, et on croit dès lors que les limites entre les grains, quoique invisibles, sont maintenues à l'intérieur de la couche. On pense que cette structure de la couche peut avoir un certain effet sur le comportement de la matière intumescente au cours d'un incendie, et peut-être même sur les propriétés de la couche avant un tel incendie.
Un facteur contributif possible du gain de résistance au feu d'un vitrage selon l'invention pourrait être le suivant : quoique les limites des grains disparaissent à l'oeil nu, elles peuvent subsister et agir comme une multiplicité de sites de formation de bulles au cours de la réaction de la matière intumescente pendant un incendie, ce qui provoque une structure mousseuse fine qui a un bon effet isolant uniforme sur la surface du vitrage.
Avantageusement, les grains ont une dimension maximum inférieure à 700um, et ont de préférence une dimension supérieure à 10cm, par exemple une dimension comprise entre 150um et 500pm. Ceci favorise la facilité avec
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laquelle les grains peuvent être copactés sous forme de couche, et peut avoir aussi un effet avantageux sur le comportement de la matière intumescente au cours d'un incendie.
On a remarqué que des vitrages incorporant cette caractéristique préférée de l'invention présentent une structure mousseuse fine et uniforme lorsqu'ils sont soumis à une chaleur intense telle que celle dégagée par un incendie.
On croit que ceci est dû au moins principalement à la faible teneur en eau de la matière intumescente par comparaison avec celle qui a été utilisée jusqu'à ce jour dans la fabrication de vitrages coupe-feu, et au fait qu'il y a une structure granulaire résiduelle dans la couche compactée, mais la finesse de la structure granulaire résiduelle dans la couche peut aussi être un facteur contributif.
L'efficacité d'un vitrage coupe-feu au cours d'un incendie dépend au moins partiellement de l'épaisseur de la (ou de chaque) couche de matière intumescente. De préférence, la ou une telle couche de matière intumescente a une épaisseur comprise entre 0,1 et 5,0 mm. Des couches même aussi minces que
0,1 mm peuvent conférer une protection contre l'incendie adéquate à court terme quoique, naturellement, des couches plus épaisses offrent une meilleure protection.
En général, l'augmentation de l'épaisseur d'une telle couche au-delà de 5,0 mm ne confère pas un accroissement significatif du degré de protection offert, et on a également remarqué qu'il est plus difficile de former des couches compactes plus épaisses ayant de bonnes propriétés optiques.
La matière intumescente peut être un des nombreux sel métalliques hydratés, quoiqu'on préfère utiliser un sel de métal alcalin. Des exemples de sels de métaux alcalins qu'on peut utiliser sous forme hydratée sont les suivants : aluminate de potassium, plombate de potassium, stannate de potassium, stannate de sodium, sulfate double d'aluminium et de sodium, sulfate double d'aluminium et de potassium, borate de sodium, borate de potassium, orthophosphates de sodium, et silicate de potassium. Pour des raisons de coût et d'efficacité cependant, la dite matière intumescente comprend de préférence du silicate de sodium hydraté, qui peut en variante être mélangé avec du silicate de potassium hydraté.
De préférence, le dit vitrage comprend deux feuillets de structure qui sont feuilletés l'un à l'autre via une dite couche de matière intumescente. Ceci constitue une structure très stable et simple. Dans sa forme la plus simple, un tel vitrage feuilleté pourrait consister en deux feuilles de verre qui sont solidarisées directement aux deux faces d'une couche de matière intumescente. En variante, lorsqu'un degré de protection contre l'incendie plus éievé est souhaité, deux couches de matière intumescente pcurraient être solidarisées pour former un vitrage feuilleté avec trois feuillets de structure en verre.
On se rendra facilement compte que si on veut un plus grand niveau de protection contre l'incendie, on
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pourrait feuilleter l'un à l'autre deux ou plusieurs de ces vitrages, par exemple au moyen d'une couche d'adhésif tel que du polyvinylbutyral par un procédé connu en soi dans la technique de fabrication de vitrages feuilletés.
On a déjà signalé que les propriétés de vieillissement d'un vitrage selon l'invention sont, toutes autres choses égales, meilleurs que celles d'un vitrage dont la couche de matière intumescente à une teneur en eau plus élevée comprise entre 29% et 34% et qui incorpore un agent de stabilisation. On pourrait dès lors penser qu'il n'y aurait pas d'intérêt à utiliser un tel agent de stabilisation dans un vitrage dont la couche de matière intumescente a, selon l'invention une faible teneur en eau, puisqu'un tel vitrage possède déjà de bonnes propriétés de vieillissement.
L'utilisation d'un tel agent de stabilisation peut cependant encore améliorer les propriétés de vieillissement d'un vitrage selon l'invention, et en outre, il peut avoir un avantage différent et tout-à-fait inattendu : l'emploi d'un tel agent peut améliorer les propriétés de résistance au feu de la couche au cours d'un incendie, et ceci est particulièrement avantageux dans un vitrage possédant plusieurs couches de matière intumescente comprenant un tel additif. Dès lors, on préfère qu'une couche de matière intumescente contienne au moins un agent de stabilisation du silicate.
De préférence, l'agent de stabilisation du silicate comprend au moins un composé organique azoté, par exemple un composé aminé, qui est au moins partiellement dissocié, par exemple un composé d'ammonium quaternaire tel que de l'hydroxyde de tétraméthylammonium. On croit que l'incorporation d'un agent de stabilisation tel que de l'hydroxyde de tétraméthylammonium selon cette caractéristique préférée de l'invention procure non seulement un avantage supplémentaire en ce qui concerne les propriétés de vieillissement du vitrage, mais a aussi un effet avantageux sur la mousse produite au cours d'un incendie et contribue ainsi à l'efficacité du vitrage quant à sa résistance au feu.
Un vitrage selon l'invention peut être fabriqué de manière très simple et l'invention inclut un procédé de fabrication d'un vitrage transparent résistant au feu comprenant au moins une couche de matière intumescente solidarisée à au moins un feuillet de structure du vitrage, caractérisé en ce que des grains d'un sel métallique hydraté intumescent ayant une teneur totale en eau comprise entre
22% et 26% en poids sont distribués sous forme d'une couche sur une surface d'une feuille à incorporer dans le vitrage, et en ce que, tandis que la couche est prise en sandwich entre une paire de plaques de moulage, la couche est soumise à des conditions de température et de pression pour la dégazer et la compacter, et pour provoquer sa solidarisation à cette surface du feuillet du vitrage.
Un tel procédé est mis en oeuvre très simplement et il peut être
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exécuté au moyen d'un dispositif déjà connu en soi dans la technique de fabrication de vitrages feuilletés.
Outre qu'il confère de bonnes propriétés de vieillissement et de résistance au feu, le choix de grains de matière intumescente ayant l'humidité indiquée ci-dessus présente d'autres avantages. L'emploi de grains de matière intumescente ayant une teneur en eau qui ne dépasse pas 26% favorise une excellente conservation des propriétés optiques du vitrage malgré son vieillissement, et de tels grains sont également faciles à manipuler avant et pendant la fabrication du vitrage. Des grains de matière intumescente ayant une teneur en eau qui n'est pas inférieure à 22% sont très faciles à compacter en couches dures et transparentes, ou au moins en couches qui sont transparentes lorsqu'elles sont solidarisées entre une paire de feuilles transparentes.
Ceci ne veut pas dire que la couche intumescente résultante aura nécessairement une teneur en eau de 22% ou davantage. Une certaine humidité sera vraisemblablement extraite lors du dégazage, mais la teneur moyenne en eau de la couche sera seulement légèrement moindre que la teneur moyenne en eau des grains à partir desquels elle est formée. On a trouvé que la différence de la teneur en eau entre les grains et la couche est au plus de 2% et peut être négligeable, de sorte que, par exemple, une couche formée à partir de grains ayant une teneur moyenne en eau de 25% aura une teneur moyenne en eau comprise entre 23% et 25%.
Lorsqu'on utilise des grains de plus faible teneur en eau pour former la couche, il est fortement souhaitable de contrôler les conditions de dégazage de manière à extraire seulement peu d'eau : il n'est pas souhaitable d'avoir une teneur moyenne en eau dans la couche qui soit inférieure à 20% et, de préférence, une telle teneur en eau n'est pas inférieure à 22%.
Pendant le dégazage et le compactage, la couche de matière intumescente se solidarise au feuillet du vitrage avec lequel elle est en contact. Ce feuillet peut être constitué d'un film de matière adhésive thermoplastique pour une solidarisation ultérieure à un feuillet de structure du vitrage, tel qu'une feuille de verre mais, à moins que cela ne soit souhaitable pour une raison spéciale, cela ajoute une étape supplémentaire dans le processus de fabrication, et on préfère dès lors que la dite couche de grains soit distribuée sur une surface d'une feuille de verre qui sera incorporée dans le vitrage et qui constitue également une plaque de moulage.
Si on désire que l'autre plaque de moulage ne soit pas solidarisée à la couche de matière intumescente résultante, on peut la traiter de manière appropriée, par exemple avec un silicone, mais on préfère que l'autre plaque de moulage soit constituée par, ou fasse face à, un feuillet qui sera incorporé dans le
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vitrage et auquel la couche de matière intumescente sera solidarisée. La couche de matière intumescente peut donc être prise en sandwich entre deux feuillets du vitrage et former ainsi en panneau feuilleté au moment du dégazage et du compactage de la couche. En fait, la totalité du vitrage peut être assemblée en panneau feuilleté par ce traitement de dégazage et de compactage. Le vitrage peut alors être transféré dans un autoclave pour une solidarisation ultérieure à haute pression, si on le désire.
On notera que tout nombre voulu de feuillets successifs de verre et de matière intumescente peut être feuilleté de cette manière, mais que la difficulté de fabrication d'un vitrage feuilleté ayant de bonnes propriétés optiques augmente avec le nombre de couches de matière intumescente, spécialement si trois de ces couches ou davantage doivent être compactées simultanément et si le sandwich doit être soumis à de la chaleur pendant le compactage et/ou la solidarisation de telles couches, comme indiqué plus loin.
On notera que deux ou plusieurs de ces vitrages consistant en couches alternées de matière vitreuse et de matière intumescente peuvent eux- mêmes être solidarisés l'un à l'autre au moyen d'un film de matière adhésive thermoplastique si une plus grande résistance au feu est requise. Un tel procédé a des avantages pratiques lorsqu'il est nécessaire d'incorporer plusieurs couches de matière intumescente.
On pourrait par exemple souhaiter produire un vitrage résistant au feu ayant quatre couches de matière intumescente d'environ 1,5mm chacune. On a remarqué que l'épaisseur des couches de grains de matière intumescente nécessaire pour former de telles couches compactées peut être jusqu'à environ sept fois l'épaisseur des couches compactées, de sorte que, pratiquement, un tel vitrage peut se contracter de 36mm pendant le dégazage et la solidarisation. La fabrication est plus simple à partir de deux vitrages possédant chacun deux couches de matière intumescente et en feuilletant ces deux vitrages l'un à l'autre au moyen de matière adhésive thermoplastique en film, telle que du polyvinylbutyral.
La présence d'une telle matière adhésive thermoplastique en film a aussi un effet avantageux sur les propriétés de résistance au feu du vitrage en limitant la propagation de fissures dûes au choc thermique.
Dans les formes préférés de réalisation de l'invention, les grains ont une teneur totale en eau qui n'est pas inférieure à 23% en poids, et de préférence, la teneur totale en eau n'est pas supérieure à 25%. La présence de telles proportions d'eau dans les grains de matière intumescente offre à la couche résultante de bonnes propriétés moussantes au cours d'un incendie, et permet aussi la formation d'une couche intumescente dure et compacte qui conserve de
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bonnes propriétés optiques au cours du temps.
De préférence, au moins 90% en poids des grains ont une dimension maximum inférieure à 700um, et de préférence comprise entre 150um et 500um. Des grains de telles dimensions sont faciles à manipuler et ilos confèrent à la couche compactée résultante une structure qu'on considère comme avantageuse parce qu'elle offre de bonnes propriétés de résistance au feu. De telles dimensions de grains conviennent particulièrement pour former les couches des épaisseurs particulièrement visées, par exemple des couches ayant une épaisseur entre O, lmm et 5, Omm.
Avantageusement, la couche de matière intumescente est soumise à une température d'au moins 80 C, pendant au moins une partie du temps de dégazage et de solidarisation. Le chauffage de la matière intumescente à une telle température favorise le dégazage et le compactage, et aussi la solidarisation à un feuillet du vitrage. On notera que la matière intumescente ne peut pas être soumise à des température telles que, dans les conditions de pression éxercée sur la matière, elles donnent naissance à un moussage prématuré de la matière intumescente.
On peut noter ici qu'il est beaucoup plus facile de s'assurer qu'une couche intumescente unique, ou chacune de deux couches intumescentes, d'un vitrage soit soumise à un programme de température optimal que d'assurer ceci pour chacune des couches d'un ensemble comprenant trois couches ou davantage, parce que la/les couche (s) centrale (s) est/seront davantage protégées (s) de la source de chaleur par les autres feuillets du vitrage que ne le seront les couches externes.
Avantageusement, pendant le dégazage et la solidarisation, la couche de matière intumescente est soumise à une pression inférieure à 30kPa. Ceci permet un excellent dégazage de la couche intumescente.
On a cité plus haut l'emploi d'additifs dans une couche intumescente pour en améliorer les propriétés de vieillissement. L'emploi d'un tel additif peut présenter d'autres avantages inattendus en favorisant la résistance au feu au cours d'un incendie, ainsi qu'on l'a cité plus haut. Avantageusement, dès lors, la couche de matière intumescente contient au moins un agent de stabilisation du silicate et, de préférence, l'agent de stabilisation du silicate comprend au moins un composé organique azoté, par exemple un composé aminé, qui est au moins partiellement dissocié, par exemple un composé d'ammonium quaternaire tel que de l'hydroxyde de tétraméthylammonium.
Des formes préférées de réalisation de l'invention seront maintenant décrites en se référant aux dessins annexés dans lesquels :
La figure 1 est une vue schématique d'un dispositif de dégazage et de
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compactage d'une couche de matière intumescente dans un procédé selon l'invention.
Dans la figure 1, on a constitué un sandwich consistant en deux feuilles de verre 1,2 et une couche intermédiaire 3 composée de grains de matière intumescente ayant une teneur totale en eau comprise entre 22% et 26%. Les grains ont une fraction dimensionnelle qui traverse un tamis dont les mailles ont 500um mais qui est retenue par un tamis dont les mailles ont 150um. Les grains sont simplement répandus librement sur une première feuille de verre et nivelés pour obtenir une couche de grains de sept fois l'épaisseur finale souhaitée de la couche compactée. Le sandwich est enfermé dans une enveloppe 4. L'enveloppe est connectée via une conduite à vide 5 à une pompe 6 par laquelle on peut maintenir une pression sous-atmosphérique à l'intérieur de l'enveloppe et maintenir sous succion l'espace entre les feuilles 1,2.
Lorsque la pompe fonctionne, les parois inférieure et supérieure de l'enveloppe sont attirées contre les faces principales externes du sandwich qui y est enfermé, et les feuilles de verre 1,2 jouent le rôle de plaques de moulage pour compacter la couche intumescente granulaire 3. L'enveloppe est suffisamment rigide au moins à sa zone périphérique
7, pour résister à son affaissement contre les tranches du sandwich, de sorte qu'un espace 8 à une pression inférieure à la pression atmosphérique (maintenue par la pompe 6) est ménagé à l'intérieur de l'enveloppe, autour des bords du sandwich 1,
2,3.
L'emploi d'une enveloppe qui enferme le sandwich présente l'avantage que la dimension de l'enveloppe par rapport à la dimension du sandwich n'est pas critique. L'enveloppe peut facilement être utilisée pour contenir des sandwichs de différentes dimensions. En outre, l'emploi d'une telle enveloppe facilite l'application d'une pression uniforme sur la totalité de la surface des faces principales du sandwich pendant son traitement, de sorte que les forces de réaction issues de différences de pressions entre l'ambiance dans laquelle l'enveloppe est placée et l'espace à l'intérieur de l'enveloppe ne seront pas suffisantes pour provoquer la flexion des feuilles externes 1,2 du sandwich. Une telle flexion pourrait conduire à la formation de bulles dans les marges de la couche
3 et pourraient également conduire à la formation d'un produit final non plan.
En variante du dispositif qu'on vient de décrire, des moyens facultatifs de renforcement sont disposés pour supporter les forces de réaction provenant des différences de pression entre l'intérieur et l'extérieur de l'enveloppe
4. Dans la figure 1, de tels moyens de renforcement sont représentés sous forme d'une paire de châssis 9 de même forme mais légèrement plus grands que le sandwich 1,2, 3, qui sont maintenus espacés par plusieurs entretoises telles que
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10. Les châssis 9 sont espacés par les entretoises 10 de manière à maintenir l'enveloppe légèrement écartée des bords de l'assemblage lorsque la couche intumescente a son épaisseur réduite à la dimension finale compactée représentée dans le dessin.
Des dispositifs de chauffage (non représentés) peuvent être disposés sur les faces supérieure et inférieure de l'enveloppe 4 pour chauffer la matière intumescente 3 prise en sandwich et pour aider au compactage et à la solidarisation du sandwich.
Un sandwich peut être traité par les moyens d'aspiration représentés dans la figure 1 dans un procédé très simple dans lequel l'extérieur de l'enveloppe 4 est toujours soumise à la pression atmosphérique. Dans un exemple du procédé, la pompe 6 est mise en action pour réduire la pression à l'intérieur de l'enveloppe, c'est-à-dire la pression agissant sur les bords du sandwich dans l'espace périphérique 8, à une valeur inférieure à 30kPa. La valeur optimum précise dépendra de la teneur en eau des grains intumescents utilisés. La valeur voulue peut être atteinte après seulement quelques minutes, et elle peut être maintenue pendant une centaine de minutes.
Le sandwich est initialement à la température ambiante (20 C). Le sandwich dans l'enveloppe 4 est chauffé de manière qu'il atteigne une température de 900c après 45 minutes.
Après le dégazage requis, on laisse la pression à l'intérieur de l'enveloppe revenir à la pression atmosphérique au cours d'une période d'environ 15 minutes. A la fin de cette période, la couche granulaire a été compactée à un point tel que les limites entre les grains sont devenus invisibles à l'oeil nu et le sandwich est solidarisé sous forme d'un panneau feuilleté transparent. Evidemment ce panneau peut être transféré dans un autoclave pour une étape ultérieure de solidarisation à haute pression, si on le désire.
La perte en eau de la couche intumescente dûe à l'aspiration pendant le compactage de la couche est inférieur à 2% par rapport au poids de la couche.
EXEMPLE 1
On fabrique une série de vitrages par le procédé décrit ci-dessus au moyen de feuilles de verre de 3mm d'épaisseur chacune et d'une couche intumescente intermédiaire de silicate de sodium hydraté de 1,5mm d'épaisseur, ayant une teneur totale en eau comprise entre 23,5% et 24,5%. La couche de chacun des vitrages est formée de grains ayant une teneur totale en eau de 24,5% qui ont été tamisés de manière que leur dimension soit comprise entre 150pm et 500un. Le rapport pondéral SiO/NaO dans le silicate de soude est compris entre 3,3 et 3,4 à 1. Les grains intumescents ne comprennent pas d'hydroxyde de
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tétraméthylammonium comme additif favorisant la résistance au feu.
On fabrique une série de vitrages témoins comparatifs de mêmes dimensions par un procédé classique dans lequel, pour former chacun des vitrages on sèche une solution de silicate de sodium hydraté in situ sur une feuille de verre de 3mm d'épaisseur pour former des couches avoisinant 1, 8mm d'épaisseur (entre 1, 5mm et 2, lmm) avec une teneur totale en eau comprise entre 29% et 34%. la solution comprend 0,25% en poids d'hydroxyde de tétraméthylammonium en tant qu'additif contre le vieillissement. Le rapport pondéral Si02/Na20 dans le silicate de soude est compris entre 3,3 et 3,4 à 1. Une seconde feuille de verre de 3mm d'épaisseur est solidarisée à cette couche pour former un vitrage feuilleté.
Les vitrages sont montés dans des châssis substantiellement identiques pour former des ensembles vitrés destinés à subir des essais selon la procédure de la Norme Internationale nO ISO 834-1975.
Deux ensembles vitrés, dont les vitrages proviennent de chacune des deux séries de vitrages, sont alors montés côte-à côte dans une paroi de four. Le four est chauffé selon le programme prédéterminé requis afin de tester la stabilité et l'étanchéité des deux ensembles en tant que barrières contre le passage des flammes et des fumées selon la classe RE. On trouve que l'ensemble témoin comparatif satisfait à ISO 834 à la classe RE de 30 minutes, mais pas à la classe 45 minutes. L'ensemble comprenant le vitrage selon l'invention satisfait à ISO 834 à la classe RE de plus de 60 minutes.
Les deux types de vitrages sont alors soumis à des essais de vieillissement. Dans un premier essai, les vitrages sont maintenus à 80 C pendant
14 jours. A la fin de cette période, il n'apparaît pas de bulles dans le vitrage selon l'invention, tandis qu'un nombre considérable de microbulles apparaît dans un vitrage témoin comparatif, de sorte qu'il présente un voile malgré la présence d'agent de stabilisation de silicate dans la couche intumescente. Le voile est seulement apparu dans le vitrage selon l'invention après 30 jours. Dans un second essai, des vitrages sont soumis à un rayonnement UV pendant 500 heures. Le vitrage selon l'invention ne présente pas de microbulles après cette période, mais le vitrage témoin comparatif montre plus de deux fois autant de microbulles qu'après le premier test de vieillissement.
EXEMPLE 2
On fabrique deux autres séries de vitrages selon l'invention au moyen des mêmes matériaux de départ que dans l'exemple 1. Dans ces séries, les vitrages consistent en trois feuilles de verre de 3mm chacune, et deux couches intermédiaures de matière intumescente de 1,5mm d'épaisseur. Dans une de ces séries de vitrages selon l'invention, la couche intumescente comprend une
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proportion d'hydroxyde de tétraméthylammomium ; dans l'autre série, il n'y a pas cet additif. L'hydroxyde de tétraméthylammomium est incorporé en l'ajoutant à la solution de silicate à partir de laquelle les grains sont formées, dans une proportion de 0,125% en poids.
Une série de vitrages témoins comparatifs de même structure est fabriquée à partir d'une solution de silicate de sodium hydraté avec adjonction d'hydroxyde de tétraméthylammonium, ainsi qu'on l'a décrit pour les vitrages témoins comparatifs de l'exemple 1. Les couches intumescentes de ces vitrages témoins comparatifs ont de nouveau une épaisseur moyenne de 1,8mm.
Les vitrages sont de nouveau montés dans des châssis substantiellement identiques pour former des ensembles vitrés destinés à subir des essais selon la procédure de la Norme Internationale ne ISO 834-1975.
De tels ensembles vitrés sont alors montés côte-à côte dans une paroi de four. Le four est chauffé selon le programme prédéterminé requis afin de tester la stabilité, l'étanchéité et l'isolation offerte par les deux séries de vitrages selon la classe RE. I. On trouve que les différents ensembles sont tous capables de maintenir leur étanchéité en tant que barrière contre le passage des flammes et des fumées et de satisfaire aux exigences d'isolation de la classe REI pendant 30 à 35 minutes.
D'autres pièces de chaque série de vitrages sont soumises aux tests de vieillissement cités dans l'exemple 1. On trouve que, selon chaque test, tous les vitrages selon l'invention donnent de meilleurs résultats que les vitrages témoins comparatifs et aussi que, parmi les vitrages selon l'invention, ceux dont la couche intumescente comprend de l'hydroxyde de tétraméthylammonium procurent de meilleurs résultats que ceux qui n'en contiennent pas.
EXEMPLE 3
On fabrique deux séries de vitrages selon l'invention ainsi qu'on l'a décrit dans l'exemple 2, sauf qu'une des feuilles de verre extérieures de chaque vitrage a 2mm d'épaisseur au lieu de 3mm. Les vitrages de chaque série sont feuilletés ensemble, de manière que leurs feuilles de verre de 2mm soient disposées à l'intérieur, à l'aide de films intermédiaires de polyvinylbutyral (PVB) de 0,76mm d'épaisseur. Donc, dans une série de ces vitrages feuilletés au PVB, chacun comprenant quatre couches de 1,5mm d'épaisseur de silicate de sodium hydraté comprenant de l'hydroxyde de tétraméthylammonium, tandis que dans l'autre série, il n'y a pas d'hydroxyde de tétraméthylammonium.
Les vitrages sont à nouveau montés dans des châssis substantiellement identiques pour former des ensembles vitrés destinés à subir des essais selon la procédure de la Norme Internationale n ISO 834-1975.
Les ensembles vitrés sont alors montés côte-à côte dans une paroi de
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four. Le four est chauffé selon le programme prédéterminé requis afin de tester l'efficacité des deux séries de vitrages selon la classe REI. On trouve que les ensembles qui ne contiennent pas d'hydroxyde de tétraméthylammonium sont capables de maintenir leur étanchéité en tant que barrière contre le passage des flammes et des fumées et de satisfaire aux exigences d'isolation de la classe REI pendant 55 à 70 minutes. Les ensembles selon l'invention qui contiennent de l'hydroxyde de tétraméthylammonium sont capables de maintenir leur étanchéité en tant que barrière contre le passage des flammes et des fumées et de satisfaire aux exigences d'isolation de la classe REI pendant 70 à 80 minutes.
EXEMPLE 4
On fabrique une autre série de vitrages en feuilletant ensemble, au moyen de couches intermédiaires de polyvinylbutyral de 0, 76mm d'épaisseur, trois vitrages eux-mêmes selon l'invention, fabriqués selon l'exemple 2. Les vitrages sont ensuite montés dans des châssis pour former des ensembles vitrés. Les ensembles vitrés sont alors montés côte-à côte dans une paroi de four, et le four est chauffé selon le programme prédéterminé requis afin de tester leur efficacité selon la classe RE. I. On trouve que ces ensembles selon l'invention restent efficaces en tant que barrière contre le passage des flammes et des fumées et satisfont aux exigences d'isolation de la classe REI pendant plus de 90 minutes.
Lorsque de l'hydroxyde de tétraméthylammonium est présent en tant qu'additif favorisant la résistance au feu, ils satisfont aux exigences de la classe REI jusque 110 minutes.
EXEMPLE 5
On fabrique deux vitrages résistant au feu selon l'invention contenant chacun trois feuilles de verre de 3mm d'épaisseur et deux couches intumescentes chacune de 0,6mm d'épaisseur. Dans un vitrage, la matière intumescente contient de l'hydroxyde de tétraméthylammonium en tant qu'additif favorisant la résistance au feu, ainsi qu'on l'a décrit dans l'exemple 2 ; dans l'autre vitrage, on n'utilise pas cet additif.
Des ensembles avec châssis incorporant les deux vitrages sont alors testés quant à la stabilité, l'étanchéité et l'isolation (classe REI) lorsqu'ils sont exposés au feu. Le vitrage sans additif échoue à 34 minutes. Le vitrage avec additif résiste aux effets du test pendant 35 à 36 minutes.
EXEMPLE 6
On fabrique deux vitrages résistant au feu contenant chacun trois feuilles de verre respectivement de 3mm, 8mm et 3mm d'épaisseur et deux couches intumescentes. Dans un vitrage, chaque couche intumescente est formée selon l'invention, comme on l'a décrit dans l'exemple 1, selon une épaisseur de
2, 5mm ; dans l'autre vitrage, les couches intumescentes sont formées selon une
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épaisseur de 1,8mm environ par la technique classique, ainsi qu'on l'a décrit à propos du vitrage témoin comparatif cité dans l'exemple 1.
Des ensembles avec châssis incorporant les deux vitrages sont alors testés quant à la stabilité, l'étanchéité et l'isolation (classe REI) lorsqu'ils sont exposés au feu. Le vitrage témoin comparatif échoue à 40 minutes. Le vitrage selon l'invention résiste aux effets du test pendant 50 minutes.
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Fire resistant transparent glass
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The present invention relates to a transparent fire-resistant glazing comprising at least one layer of intumescent material secured to at least one structural sheet of the glazing. The invention includes a method of manufacturing such glazing.
Layers of intumescent material are often combined with sheets of glassy material to form fire-resistant glazing. For example, such a layer can be sandwiched between two sheets of glass. Such glazing finds very important uses as transparent panels which allow the lighting of areas to be protected and as windows of premises and other spaces where there is a risk of fire.
Conventionally, the effectiveness of such panels is tested by mounting them in a wall of an oven, the internal temperature of which is then increased according to a predetermined program. Details of such a test are described in International Standard n ISO 834-1975. The fire resistance test procedure laid down in this standard is also mentioned in International Standard n ISO 9051-1990 which specifically talks about the fire resistance characteristics of glazed assemblies. Some passages from this standard should be cited here.
"Glass is an incombustible material, so it will neither contribute to stoking or spreading fire.
"Under the action of heat, the glass may break due to thermal shock or soften and no longer be held by the frame. This is the reason why only certain types of glazed assemblies are considered to be fire-resistant. The ability of glass assemblies to resist fire depends on the type of glass, the method of implementation, the type of frame, the size of the glass, the method of fixing and the type of construction in which the part glass is installed.
"Certain transparent and translucent glazing units may meet the requirements for stability and sealing (RE) and in certain cases the requirements for thermal insulation (REI) (R for resistance, E for sealing, 1 for insulation).
"In fire prevention, consideration should not only be given to the possibility of direct spread of the fire through
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openings resulting from glass breakage, but the heat transmitted by the glazed assembly must also be taken into account, even if the latter remains intact since this heat can cause ignition of combustible materials.
"RE class glazing units under fire conditions as defined in ISO 834 ensure, for a certain period of time, stability and sealing. The temperature of the side not exposed to fire is not taken into account. consideration.
"Glass assemblies of the resistance class REI under fire conditions as defined in ISO 834 ensure, for a certain period of time, stability, sealing and thermal insulation."
There are different classes of fire-resistant glazing, and among those usually recognized, there are the classes which include glazing which constitutes an effective barrier against flames and smoke (i.e. class RE) during periods of 15.30, 45.60, 90 and 120 minutes. Other classes correspond to glazings which are effective barriers against the passage of flames and fumes and which also exhibit certain insulating properties (i.e. REI class), also during periods of 15, 30, 45 , 60.90 and 120 minutes, for example.
The insulating properties that a glazing must offer to receive the REI classification of the standard are, in short, that no point on the surface which is exposed outside the oven can undergo a rise in temperature above 180 C at -above its initial (ambient) temperature, and that the average increase in the temperature of this face does not exceed 140 C. Such glazing belonging to the REI class can also constitute barriers against the transmission of infrared radiation from from the seat of a fire.
It is extremely important that the intumescent layer of fire-resistant glazing has good fire-resistance properties during a fire, and retains acceptable optical properties until it begins to expand upon during the fire.
Hydrated metal salts, for example metal silicates, and in particular alkali metal silicates, have been used in the manufacture of such glazings for several years. The layers incorporated in the finished glazing units typically have a water content of between 29% and 35%. In the present description, references to water contents are references to the water content as a proportion by weight of the intumescent material used to form the layer, or as a proportion by weight of the material.
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intumescent incorporated as a layer in the finished glazing (before the start of a fire and the modification of this resulting layer).
During a fire, the water of hydration is extracted by the heat given off by the fire, and the layer of intumescent material is converted into an opaque foam which acts as a barrier to heat, both irradiated and conducted, and this layer also serves to secure the structural sheets of the glazing, such as for example the sheets of glass which can break by thermal shock due to fire. The effectiveness of glazing as a barrier against flames and smoke is therefore also prolonged.
The effectiveness of glazing of the type known as a fire screen depends on various factors. The effectiveness of a laminated panel consisting of a single layer of a given intumescent material sandwiched between two glass sheets of given thickness increases with the thickness of the intumescent layer. For a previously known panel having a given weight per unit area, that is to say for the same total thickness of glass and intumescent material, the efficiency can be increased by choosing a laminated panel with five sheets, in which there are two layers of intumescent material held between three sheets of glass.
In fact, it has often been observed that a laminated panel of three sheets of glass of 4mm each enclosing two layers of intumescent material of 1mm is more effective than a laminated panel of two sheets of
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6mm glass enclosing a 2mm layer of intumescent material. The same efficiency can therefore be obtained by using a thinner panel comprising more sheets. It is clear that it is desirable to obtain fire-resistant glazing which has a low mass per unit area, but the formation of glazing with four or more sheets is costly.
Another problem which is associated with the use of hydrated metal salt layers as an intumescent material is the aging of the material over time. Aging results in a deterioration of the optical properties of the glazing, for example a reduction in the transparency of the hydrated intumescent material which, in turn, reduces the transparency of the glazing.
Such deterioration in the properties of the glazing is clearly detrimental.
The problem of deterioration of the optical properties by aging of a fire-resistant glazing comprising a layer of intumescent material has been known for many years, and various attempts have been made to solve this problem. A main cause of the deterioration of the optical properties is the appearance of microbubbles in or on the surface of the layer, and it is known to manufacture the layer by in situ drying of a hydrated metal salt solution using water which was degassed, and taking care,
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when preparing the solution, do not stir the solution to such an extent that air or another gas redissolves and may reappear when the dried layer ages.
Although this way of proceeding improves the aging properties of the glazing, it is not entirely satisfactory when such glazing must be used under conditions where it is exposed to moderate heat, due for example to direct sunlight. It is also known to add to the hydrated metal salt a stabilizing agent such as a partially dissociated organic nitrogen compound, for example a quaternary ammonium compound such as tetramethylammonium hydroxide, and this method does indeed provide better results. .
One of the objects of the present invention is to provide a transparent fire-resistant glazing exhibiting good aging properties which do not essentially depend on the use of such an additive, and which also offers good properties of fire resistance during of a fire.
The present invention relates to a transparent fire-resistant glazing comprising at least one layer of intumescent material secured to at least one structure sheet of the glazing, characterized in that it comprises such a layer of intumescent material secured to a structure sheet, formed by compacting grains of an intumescent hydrated metal salt, and having a total water content of between 20 and 26%.
It has been observed that the optical properties of such glazing are less likely to deteriorate over time than those of a known glazing in which the water content is somewhat higher. In fact the aging properties of a glazing according to the invention are, all other things being equal, better than those of a glazing whose intumescent material has a higher water content of between 29% and 34% and which incorporates a stabilizing agent such as tetramethylammonium hydroxide. This is quite surprising, and it is not at all clear to us why this advantageous result occurs by using a layer of intumescent material having a lower water content.
It is also surprising that such glazing could have improved fire resistance properties, because one would expect that the lower water content in the intumescent layer would actually reduce the efficiency of the glazing because 'less foam would occur during a fire. In fact, it has been found that a laminated panel with three sheets according to the invention comprising a single layer of intumescent material sandwiched between two sheets of glass has better fire resistance than a laminated sheet with three sheets of similar dimensions, the intumescent layer has a higher water content.
The invention therefore has the additional advantage of allowing
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obtaining the same fire resistance by means of thinner and lighter glazing without encountering the additional complications and cost associated with the increase in the number of sheets of laminated glazing.
In addition, the relatively low water content of the layer of intumescent material, a maximum of 26%, promotes its hardness, so that it is physically more stable and has less tendency to deform. Producing a layer with a water content of not less than 20% is advantageous for obtaining glazing with good transparency.
Preferably, that said layer has a total water content which is not less than 22%. The presence of such proportions of water in the intumescent layer offers very good foaming properties during a fire, and it also allows the formation of a layer of hard and compact intumescent material which retains good optical properties during time. Optimally, said layer has a total water content which is not less than 23%.
Also to obtain the best results, it is preferred that said layer has a total water content which is not more than 25%, since this promotes the preservation of good optical properties despite the aging of the glazing.
Such a layer of grains can easily be compacted by subjecting it to suitable conditions of temperature and pressure to form a layer in which the individual grains are not visible to the naked eye, so that the layer has a uniform appearance, and is transparent.
However, the presence of such grains can be revealed, for example by ultrasonic scanning or by microscopic examination, and it is therefore believed that the boundaries between the grains, although invisible, are maintained within the layer. It is believed that this layer structure can have some effect on the behavior of the intumescent material during a fire, and perhaps even on the properties of the layer before such a fire.
A possible contributing factor to the gain in fire resistance of a glazing unit according to the invention could be the following: although the grain boundaries disappear with the naked eye, they can remain and act as a multiplicity of bubble formation sites at the during the reaction of the intumescent material during a fire, which causes a fine frothy structure which has a good uniform insulating effect on the surface of the glazing.
Advantageously, the grains have a maximum dimension less than 700 μm, and preferably have a dimension greater than 10 cm, for example a dimension between 150 μm and 500 μm. This promotes ease with
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which the grains can be co-compacted as a layer, and can also have an advantageous effect on the behavior of the intumescent material during a fire.
It has been noted that glazing incorporating this preferred characteristic of the invention has a fine and uniform foaming structure when subjected to intense heat such as that given off by a fire.
It is believed that this is due at least mainly to the low water content of the intumescent material compared to that which has been used to date in the manufacture of fire-resistant glazing, and to the fact that there is a residual granular structure in the compacted layer, but the fineness of the residual granular structure in the layer can also be a contributing factor.
The effectiveness of fire-resistant glazing during a fire depends at least partially on the thickness of the (or each) layer of intumescent material. Preferably, the or such layer of intumescent material has a thickness of between 0.1 and 5.0 mm. Layers even as thin as
0.1 mm can provide adequate short-term fire protection, although naturally thicker layers provide better protection.
In general, increasing the thickness of such a layer beyond 5.0 mm does not confer a significant increase in the degree of protection offered, and it has also been noted that it is more difficult to form layers. thicker compacts with good optical properties.
The intumescent material may be one of many hydrated metal salts, although it is preferred to use an alkali metal salt. Examples of alkali metal salts which can be used in hydrated form are the following: potassium aluminate, potassium leadate, potassium stannate, sodium stannate, double aluminum and sodium sulfate, double aluminum sulfate and potassium, sodium borate, potassium borate, sodium orthophosphates, and potassium silicate. For reasons of cost and efficiency, however, said intumescent material preferably comprises hydrated sodium silicate, which can alternatively be mixed with hydrated potassium silicate.
Preferably, said glazing comprises two structural sheets which are laminated to one another via a said layer of intumescent material. This constitutes a very stable and simple structure. In its simplest form, such laminated glazing could consist of two sheets of glass which are secured directly to the two faces of a layer of intumescent material. Alternatively, when a higher degree of fire protection is desired, two layers of intumescent material could be joined together to form laminated glazing with three sheets of glass structure.
We will easily realize that if we want a higher level of fire protection, we
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could leaf through one or the other two or more of these glazings, for example by means of an adhesive layer such as polyvinyl butyral by a process known per se in the technique of manufacturing laminated glazing.
It has already been reported that the aging properties of a glazing unit according to the invention are, all other things being equal, better than those of a glazing unit whose layer of intumescent material has a higher water content of between 29% and 34 % and which incorporates a stabilizing agent. One might therefore think that there would be no point in using such a stabilizing agent in a glazing whose layer of intumescent material has, according to the invention a low water content, since such glazing has already good aging properties.
The use of such a stabilizing agent can however still improve the aging properties of a glazing according to the invention, and in addition, it can have a different and completely unexpected advantage: the use of such an agent can improve the fire resistance properties of the layer during a fire, and this is particularly advantageous in a glazing unit having several layers of intumescent material comprising such an additive. Therefore, it is preferred that a layer of intumescent material contains at least one silicate stabilizing agent.
Preferably, the silicate stabilizing agent comprises at least one organic nitrogen compound, for example an amino compound, which is at least partially dissociated, for example a quaternary ammonium compound such as tetramethylammonium hydroxide. It is believed that the incorporation of a stabilizing agent such as tetramethylammonium hydroxide according to this preferred characteristic of the invention not only provides an additional advantage with regard to the aging properties of the glazing, but also has an effect. advantageous on the foam produced during a fire and thus contributes to the efficiency of the glazing as regards its fire resistance.
A glazing unit according to the invention can be manufactured in a very simple manner and the invention includes a method for manufacturing a transparent fire-resistant glazing unit comprising at least one layer of intumescent material secured to at least one sheet of glazing structure, characterized in that grains of an intumescent hydrated metal salt having a total water content of between
22% and 26% by weight are distributed in the form of a layer on a surface of a sheet to be incorporated into the glazing, and in that, while the layer is sandwiched between a pair of molding plates, the layer is subjected to temperature and pressure conditions to degas and compact it, and to cause it to join to this surface of the glazing sheet.
Such a method is implemented very simply and it can be
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executed by means of a device already known per se in the technique of manufacturing laminated glazing.
Besides giving good aging and fire resistance properties, the choice of grains of intumescent material having the humidity indicated above has other advantages. The use of grains of intumescent material having a water content which does not exceed 26% promotes excellent conservation of the optical properties of the glazing despite its aging, and such grains are also easy to handle before and during the manufacture of the glazing. Grains of intumescent material having a water content of not less than 22% are very easy to compact into hard and transparent layers, or at least into layers which are transparent when joined between a pair of transparent sheets.
This does not mean that the resulting intumescent layer will necessarily have a water content of 22% or more. Some moisture will likely be removed during degassing, but the average water content of the layer will be only slightly less than the average water content of the grains from which it is formed. It has been found that the difference in water content between the grains and the layer is at most 2% and can be negligible, so that, for example, a layer formed from grains having an average water content of 25 % will have an average water content between 23% and 25%.
When using grains with a lower water content to form the layer, it is highly desirable to control the degassing conditions so as to extract only little water: it is not desirable to have an average content of water in the layer which is less than 20% and preferably such a water content is not less than 22%.
During degassing and compaction, the layer of intumescent material becomes integral with the sheet of glazing with which it is in contact. This sheet may consist of a film of thermoplastic adhesive material for subsequent securing to a sheet of glazing structure, such as a sheet of glass but, unless this is desirable for a special reason, this adds a step. additional in the manufacturing process, and it is therefore preferred that said layer of grains is distributed over a surface of a glass sheet which will be incorporated into the glazing and which also constitutes a molding plate.
If it is desired that the other molding plate is not secured to the resulting layer of intumescent material, it can be treated in an appropriate manner, for example with a silicone, but it is preferred that the other molding plate is constituted by, or face, a sheet that will be incorporated into the
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glazing and to which the layer of intumescent material will be secured. The layer of intumescent material can therefore be sandwiched between two sheets of the glazing and thus form a laminated panel at the time of degassing and compaction of the layer. In fact, all of the glazing can be assembled into a laminated panel by this degassing and compacting treatment. The glazing can then be transferred to an autoclave for subsequent fastening at high pressure, if desired.
It will be noted that any desired number of successive sheets of glass and of intumescent material can be laminated in this way, but that the difficulty of manufacturing a laminated glazing having good optical properties increases with the number of layers of intumescent material, especially if three or more of these layers must be compacted simultaneously and if the sandwich must be subjected to heat during the compaction and / or the joining of such layers, as indicated below.
It will be noted that two or more of these glazings consisting of alternating layers of vitreous material and of intumescent material can themselves be joined to one another by means of a film of thermoplastic adhesive material if greater fire resistance is required. Such a method has practical advantages when it is necessary to incorporate several layers of intumescent material.
One could for example wish to produce a fire-resistant glazing having four layers of intumescent material of approximately 1.5 mm each. It has been noted that the thickness of the layers of grains of intumescent material necessary to form such compacted layers can be up to about seven times the thickness of the compacted layers, so that, practically, such glazing can contract by 36mm. during degassing and joining. The manufacture is simpler from two glazing units each having two layers of intumescent material and by laminating these two glazing units to one another using thermoplastic adhesive film material, such as polyvinyl butyral.
The presence of such a thermoplastic adhesive material in film also has an advantageous effect on the fire resistance properties of the glazing by limiting the propagation of cracks due to thermal shock.
In the preferred embodiments of the invention, the grains have a total water content which is not less than 23% by weight, and preferably the total water content is not more than 25%. The presence of such proportions of water in the grains of intumescent material provides the resulting layer with good foaming properties during a fire, and also allows the formation of a hard and compact intumescent layer which retains
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good optical properties over time.
Preferably, at least 90% by weight of the grains have a maximum dimension of less than 700 μm, and preferably between 150 μm and 500 μm. Grains of such dimensions are easy to handle and ilos give the resulting compacted layer a structure which is considered advantageous because it offers good fire resistance properties. Such grain sizes are particularly suitable for forming the layers of the thicknesses particularly targeted, for example layers having a thickness between 0.1 mm and 5.0 mm.
Advantageously, the layer of intumescent material is subjected to a temperature of at least 80 ° C., for at least part of the degassing and joining time. Heating the intumescent material to such a temperature promotes degassing and compaction, and also the attachment to a sheet of the glazing. It will be noted that the intumescent material cannot be subjected to temperatures such that, under the conditions of pressure exerted on the material, they give rise to premature foaming of the intumescent material.
It can be noted here that it is much easier to ensure that a single intumescent layer, or each of two intumescent layers, of a glazing is subjected to an optimal temperature program than to ensure this for each of the layers. of an assembly comprising three or more layers, because the central layer (s) is / will be more protected from the heat source by the other sheets of the glazing than the external layers will be.
Advantageously, during the degassing and the joining, the layer of intumescent material is subjected to a pressure of less than 30 kPa. This allows excellent degassing of the intumescent layer.
We have mentioned above the use of additives in an intumescent layer to improve the aging properties. The use of such an additive can have other unexpected advantages by promoting fire resistance during a fire, as mentioned above. Advantageously, therefore, the layer of intumescent material contains at least one silicate stabilizing agent and, preferably, the silicate stabilizing agent comprises at least one organic nitrogen compound, for example an amino compound, which is at least partially dissociated, for example a quaternary ammonium compound such as tetramethylammonium hydroxide.
Preferred embodiments of the invention will now be described with reference to the accompanying drawings in which:
Figure 1 is a schematic view of a degassing device and
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compaction of a layer of intumescent material in a process according to the invention.
In FIG. 1, a sandwich consisting of two glass sheets 1,2 and an intermediate layer 3 made up of grains of intumescent material having a total water content of between 22% and 26% has been formed. The grains have a dimensional fraction which passes through a sieve whose meshes have 500 μm but which is retained by a sieve whose meshes have 150 μm. The grains are simply spread freely on a first sheet of glass and leveled to obtain a layer of grains seven times the desired final thickness of the compacted layer. The sandwich is enclosed in an envelope 4. The envelope is connected via a vacuum line 5 to a pump 6 by which one can maintain a sub-atmospheric pressure inside the envelope and maintain under suction the space between the leaves 1,2.
When the pump is running, the lower and upper walls of the envelope are attracted against the main external faces of the sandwich which is enclosed therein, and the glass sheets 1, 2 act as molding plates to compact the granular intumescent layer 3 The envelope is sufficiently rigid at least at its peripheral zone
7, to resist sagging against the slices of the sandwich, so that a space 8 at a pressure below atmospheric pressure (maintained by the pump 6) is provided inside the envelope, around the edges of the sandwich 1,
2.3.
The use of an envelope which encloses the sandwich has the advantage that the dimension of the envelope relative to the dimension of the sandwich is not critical. The envelope can easily be used to hold sandwiches of different dimensions. In addition, the use of such an envelope facilitates the application of uniform pressure over the entire surface of the main faces of the sandwich during its treatment, so that the reaction forces resulting from pressure differences between the atmosphere in which the envelope is placed and the space inside the envelope will not be sufficient to cause the bending of the external sheets 1, 2 of the sandwich. Such bending could lead to the formation of bubbles in the margins of the layer
3 and could also lead to the formation of a non-planar end product.
As a variant of the device which has just been described, optional reinforcement means are arranged to support the reaction forces originating from the pressure differences between the inside and the outside of the envelope.
4. In FIG. 1, such reinforcing means are shown in the form of a pair of chassis 9 of the same shape but slightly larger than the sandwich 1,2, 3, which are kept spaced apart by several spacers such as
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10. The frames 9 are spaced apart by the spacers 10 so as to keep the envelope slightly spaced from the edges of the assembly when the intumescent layer has its thickness reduced to the final compacted dimension shown in the drawing.
Heating devices (not shown) can be arranged on the upper and lower faces of the casing 4 to heat the intumescent material 3 sandwiched and to aid in the compaction and the joining of the sandwich.
A sandwich can be treated by the suction means shown in FIG. 1 in a very simple process in which the outside of the envelope 4 is always subjected to atmospheric pressure. In one example of the method, the pump 6 is actuated to reduce the pressure inside the envelope, that is to say the pressure acting on the edges of the sandwich in the peripheral space 8, to a value less than 30kPa. The precise optimum value will depend on the water content of the intumescent grains used. The desired value can be reached after only a few minutes, and it can be maintained for a hundred minutes.
The sandwich is initially at room temperature (20 C). The sandwich in the envelope 4 is heated so that it reaches a temperature of 900c after 45 minutes.
After the required degassing, the pressure inside the envelope is allowed to return to atmospheric pressure over a period of about 15 minutes. At the end of this period, the granular layer has been compacted to such an extent that the boundaries between the grains have become invisible to the naked eye and the sandwich is secured in the form of a transparent laminated panel. Obviously this panel can be transferred to an autoclave for a subsequent step of high pressure joining, if desired.
The water loss of the intumescent layer due to suction during the compaction of the layer is less than 2% relative to the weight of the layer.
EXAMPLE 1
A series of glazings is produced by the process described above using glass sheets 3 mm thick each and an intumescent intermediate layer of hydrated sodium silicate 1.5 mm thick, having a total content of water between 23.5% and 24.5%. The layer of each of the glazings is formed of grains having a total water content of 24.5% which have been sieved so that their size is between 150 μm and 500 μm. The SiO / NaO weight ratio in the sodium silicate is between 3.3 and 3.4 to 1. The intumescent grains do not comprise hydroxide
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tetramethylammonium as an additive promoting fire resistance.
A series of comparative control glazings of the same dimensions are manufactured by a conventional process in which, to form each of the glazings, a solution of hydrated sodium silicate is dried in situ on a sheet of glass 3 mm thick to form layers around 1 , 8mm thick (between 1.5mm and 2.1mm) with a total water content of between 29% and 34%. the solution comprises 0.25% by weight of tetramethylammonium hydroxide as an additive against aging. The Si02 / Na20 weight ratio in the sodium silicate is between 3.3 and 3.4 to 1. A second glass sheet 3mm thick is joined to this layer to form a laminated glazing.
The glazings are mounted in substantially identical frames to form glazed assemblies intended to undergo tests according to the procedure of International Standard nO ISO 834-1975.
Two glazed assemblies, the glazings of which come from each of the two series of glazings, are then mounted side by side in an oven wall. The oven is heated according to the predetermined program required in order to test the stability and tightness of the two assemblies as barriers against the passage of flames and fumes according to class RE. The comparative control set is found to meet ISO 834 at the RE class of 30 minutes, but not at the 45 minute class. The assembly comprising the glazing according to the invention complies with ISO 834 in the RE class of more than 60 minutes.
The two types of glazing are then subjected to aging tests. In a first test, the glazings are maintained at 80 ° C. for
14 days. At the end of this period, no bubbles appear in the glazing according to the invention, while a considerable number of microbubbles appears in a comparative control glazing, so that it has a haze despite the presence of silicate stabilizer in the intumescent layer. The veil only appeared in the glazing according to the invention after 30 days. In a second test, glazing units are subjected to UV radiation for 500 hours. The glazing according to the invention does not present microbubbles after this period, but the comparative control glazing shows more than twice as many microbubbles as after the first aging test.
EXAMPLE 2
Two other series of glazing units are produced according to the invention using the same starting materials as in Example 1. In these series, the glazing units consist of three sheets of glass of 3mm each, and two intermediate layers of intumescent material of 1 , 5mm thick. In one of these glazing series according to the invention, the intumescent layer comprises a
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proportion of tetramethylammomium hydroxide; in the other series, there is not this additive. Tetramethylammomium hydroxide is incorporated by adding it to the silicate solution from which the grains are formed, in a proportion of 0.125% by weight.
A series of comparative control glazings of the same structure is manufactured from a hydrated sodium silicate solution with the addition of tetramethylammonium hydroxide, as has been described for the comparative control glazings of Example 1. The intumescent layers of these comparative control glazings again have an average thickness of 1.8 mm.
The glazings are again mounted in substantially identical frames to form glazed assemblies intended to undergo tests according to the procedure of International Standard no ISO 834-1975.
Such glazed assemblies are then mounted side by side in an oven wall. The oven is heated according to the predetermined program required in order to test the stability, the tightness and the insulation offered by the two series of glazings according to class RE. I. It is found that the various assemblies are all capable of maintaining their tightness as a barrier against the passage of flames and fumes and of satisfying the insulation requirements of the REI class for 30 to 35 minutes.
Other parts of each series of glazings are subjected to the aging tests cited in Example 1. It is found that, according to each test, all the glazings according to the invention give better results than the comparative control glazings and also that, among the glazings according to the invention, those whose intumescent layer comprises tetramethylammonium hydroxide provide better results than those which do not contain them.
EXAMPLE 3
Two sets of glazing units are produced according to the invention as described in Example 2, except that one of the outer glass sheets of each glazing unit is 2mm thick instead of 3mm. The glazings of each series are laminated together, so that their 2mm glass sheets are arranged inside, using 0.76mm thick polyvinyl butyral (PVB) films. So, in a series of these PVB laminated glazing units, each comprising four layers of 1.5 mm thick hydrated sodium silicate comprising tetramethylammonium hydroxide, while in the other series, there is no tetramethylammonium hydroxide.
The glazings are again mounted in substantially identical frames to form glazed assemblies intended to undergo tests according to the procedure of International Standard n ISO 834-1975.
The glass assemblies are then mounted side by side in a wall of
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oven. The oven is heated according to the predetermined program required in order to test the efficiency of the two series of glazings according to the REI class. It is found that the assemblies which do not contain tetramethylammonium hydroxide are capable of maintaining their tightness as a barrier against the passage of flames and fumes and of satisfying the insulation requirements of the REI class for 55 to 70 minutes. The assemblies according to the invention which contain tetramethylammonium hydroxide are capable of maintaining their tightness as a barrier against the passage of flames and fumes and of satisfying the insulation requirements of the REI class for 70 to 80 minutes.
EXAMPLE 4
Another series of glazing units is produced by laminating together, by means of intermediate layers of polyvinyl butyral 0.76 mm thick, three glazing units themselves according to the invention, produced according to example 2. The glazing units are then mounted in frame to form glazed assemblies. The glass assemblies are then mounted side by side in an oven wall, and the oven is heated according to the predetermined program required in order to test their efficiency according to class RE. I. It is found that these assemblies according to the invention remain effective as a barrier against the passage of flames and fumes and meet the insulation requirements of the REI class for more than 90 minutes.
When tetramethylammonium hydroxide is present as a fire resistance additive, they meet the requirements of the REI class for up to 110 minutes.
EXAMPLE 5
Two fire-resistant glazings are produced according to the invention, each containing three sheets of glass 3 mm thick and two intumescent layers each 0.6 mm thick. In a glazing, the intumescent material contains tetramethylammonium hydroxide as an additive promoting fire resistance, as described in Example 2; in the other glazing, this additive is not used.
Assemblies with frames incorporating the two glazing units are then tested for stability, tightness and insulation (REI class) when they are exposed to fire. Glazing without additives fails at 34 minutes. Additive glazing withstands the effects of the test for 35 to 36 minutes.
EXAMPLE 6
Two fire-resistant glazing units are produced, each containing three sheets of glass 3mm, 8mm and 3mm thick, respectively, and two intumescent layers. In a glazing, each intumescent layer is formed according to the invention, as described in example 1, according to a thickness of
2.5mm; in the other glazing, the intumescent layers are formed according to a
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thickness of approximately 1.8 mm by the conventional technique, as has been described with respect to the comparative control glazing cited in example 1.
Assemblies with frames incorporating the two glazing units are then tested for stability, tightness and insulation (REI class) when they are exposed to fire. Comparative witness glazing fails at 40 minutes. The glazing according to the invention resists the effects of the test for 50 minutes.