FR2847297A1 - Fenetre a vitrage colle, presentant une resistance amelioree a la dilatation differentielle entre le vitrage et le cadre - Google Patents

Abstract

L'invention concerne une fenêtre comprenant un cadre supportant au moins un vitrage externe (12), caractérisé en ce que le cadre comprend un élément (50, 60) en matière plastique sur lequel le vitrage externe (12) est fixé par un joint de colle (22), et en ce que la colle utilisée présente un seuil de contrainte à la rupture en traction compris entre 0,9 MPa et 1,6 MPa dans une gamme de températures comprises entre -30 à +80 degrés Celsius et le joint de colle (22) présente un allongement en cisaillement à 23 degrés Celsius supérieur à 100%,.

Description

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FENETRE A VITRAGE COLLE, PRESENTANT UNE RESISTANCE

AMELIOREE A LA DILATATION DIFFERENTIELLE ENTRE LE VITRAGE

ET LE CADRE

La présente invention concerne le domaine des fenêtres ou portesfenêtres à vitrage simple ou multiple. Les fenêtres à vitrage simple comportent généralement une partie ouvrante dénommée ouvrant, une partie fixe dénommée dormant permettant de fixer la fenêtre au gros oeuvre. L'ouvrant comprend un cadre

supportant le vitrage.

Les fenêtres à vitrage multiple présentent des performances améliorées en matière d'isolation thermique et acoustique. Elles comportent également un ouvrant et un dormant. L'ouvrant comprend un cadre supportant un vitrage interne et un vitrage externe maintenus à distance l'un

de l'autre par un intercalaire ou espaceur.

Dans ces fenêtres, les vitrages sont soit logés chacun dans une feuillure dudit cadre avec ou sans parecloses, soit collés sur l'extérieur et/ou

selon les cas, l'intérieur du cadre de l'ouvrant.

Le cadre de l'ouvrant est généralement dimensionné pour supporter l'ensemble des efforts qui s'appliquent sur le vitrage, notamment dus au vent. Dans un premier temps, les cadres d'ouvrant ont été réalisés en bois ou en aluminium. Le ou les vitrage(s) étai(en)t maintenu(s) sur le cadre au moyen d'un cordon de colle " souple " de type polyuréthanne ou à base

de silicone.

Aujourd'hui on cherche à réaliser des fenêtres dans lesquelles les vitrages sont rendus solidaires du cadre par collage pour constituer un ensemble rigide, de sorte que le vitrage participe également à la rigidité de l'ensemble. Cette caractéristique permet en particulier d'optimiser les

quantités de matière utilisées pour réaliser le cadre.

Le document FR 2 793 515 (publié le 17 novembre 2000) décrit un panneau à double vitrage comprenant un cadre et deux vitrages qui sont maintenus à distance l'un de l'autre par un moyen d'espacement solidaire du cadre. Les vitrages sont fixés à ce dernier par collage. Dans ce panneau, la colle utilisée présente un module de rigidité compris dans une plage de valeurs allant de 20 MPa à 100 MPa environ, et une résistance au

cisaillement supérieure à 10 MPa.

Les colles utilisées dans ce type de panneau sont donc des colles " rigides " comme par exemple certaines colles choisies dans la famille des

acryliques ou des époxy.

En parallèle, on cherche à réaliser des cadres comprenant des éléments formés en des matériaux présentant de très bonnes propriétés d'isolation thermique, comme le polychlorure de vinyle (PVC) ou le polypropylène (PP) par exemple, ce dernier matériau présentant également

l'avantage d'être très intéressant du point de vue économique.

Un problème inhérent à l'utilisation de tels matériaux est qu'ils

présentent des coefficients de dilatation bien supérieurs à celui du verre.

Notamment, le PVC présente un coefficient de dilatation thermique d'environ 70.10-6 tandis que le verre présente un coefficient de dilatation

d'environ 9.10-6.

Or dans le domaine du bâtiment, les fenêtres doivent classiquement

supporter des températures comprises entre -30 et +80 degrés Celsius.

Par conséquent, la dilatation différentielle entre le verre et l'élément de cadre induit des contraintes de cisaillement dans la colle rigide entraînant nécessairement sa dégradation, ce qui est particulièrement préjudiciable dans le cas d'une fenêtre o le vitrage est destiné à participer

à sa rigidité.

Un but de l'invention est de pallier ces inconvénients.

A cet effet, l'invention propose une fenêtre comprenant un cadre supportant au moins un vitrage externe, caractérisé en ce que le cadre comprend un élément en matière plastique sur lequel le vitrage externe est fixé par un joint de colle, et en ce que la colle utilisée présente un seuil de contrainte à la rupture en traction compris entre 0,9 MPa et 1,6 MPa dans une gamme de températures comprises entre -30 à +80 degrés Celsius et le joint de colle présente un allongement à la rupture en cisaillement

caractérisé à 23 degrés Celsius supérieur à 100%.

Dans la fenêtre de l'invention, la colle utilisée est une colle de type " souple " qui supporte une dilatation différentielle entre l'élément en

matière plastique et le verre du vitrage externe.

Cette colle permet en outre de transmettre au cadre une partie des efforts de vent exercés sur le vitrage externe. Bien entendu, on comprendra que l'allongement à la rupture en cisaillement du joint de colle dépend de l'épaisseur de ce joint. Plus cette épaisseur sera importante, plus son allongement à la rupture sera important également. De manière préférentielle, le seuil de contrainte à la rupture en

traction de la colle sera compris entre 1 MPa et 1,5 MPa.

De manière encore plus préférentielle, le seuil de contrainte à la

rupture en traction de la colle sera compris entre 1,2 MPa et 1,4 MPa.

De manière préférentielle, le joint de colle présente un allongement

en cisaillement caractérisé à 23 degrés Celsius supérieur à 150%.

On notera que la structure de fenêtre proposée est particulièrement adaptée à l'utilisation d'éléments en PVC, PVC chargés fibre, ou autres thermoplastiques tels que le polyéthylène ou le polypropylène, ou encore en

matériau thermoplastique extrudé ou thermodurcissable renforcé fibre.

La colle utilisée est de préférences une colle à base de silicone ou

un mastic polyuréthanne.

D'autres caractéristiques et avantages ressortiront encore de la

description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative et doit

être lue en regard des figures annexées parmi lesquelles: - la figure 1 représente schématiquement une vue partielle en coupe d'un ouvrant de fenêtre à vitrage simple comprenant un cadre en PVC conforme à un mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 représente schématiquement une vue partielle en coupe d'un ouvrant de fenêtre à vitrage double comprenant un cadre en PVC conforme à un mode de réalisation de l'invention, - la figure 3 représente schématiquement une vue partielle en coupe d'un ouvrant de fenêtre à vitrage simple comprenant un cadre en Aluminium conforme à une variante de réalisation de l'invention, - la figure 4 représente schématiquement une vue partielle en coupe d'un ouvrant de fenêtre à vitrage simple comprenant un cadre en

Aluminium conforme à une autre variante de réalisation de l'invention.

Dans la suite du texte, on désignera par " vitrage interne " un vitrage positionné d'un côté du cadre de l'ouvrant destiné à être dirigé vers l'intérieur d'un bâtiment et " vitrage externe " un vitrage positionné d'un

côté du cadre de l'ouvrant destiné à être dirigé vers l'extérieur du bâtiment.

Sur la figure 1, l'ouvrant 100 comprend un cadre 50 formé de deux montants verticaux reliés à leurs extrémités en biseau par une traverse inférieure et une traverse supérieure. Les montants et les traverses sont formés d'un profilé extrudé en PVC. La figure 1 est une vue en coupe de la

traverse inférieure du cadre 50.

L'ouvrant 100 comprend un vitrage unique, externe 12 fixé sur le cadre 50. A cet effet, le profilé du cadre 50 comprend une nervure 51 de section de forme générale rectangulaire sur laquelle le vitrage externe 12 est positionné. Cette nervure 51 présente le long de son bord libre une cale

52 sur laquelle le vitrage 12 vient en appui.

Le vitrage externe 12 est maintenu sur le cadre 50 au moyen d'un cordon de colle 22 interposé entre la nervure 51 et le vitrage 12. Le cordon de colle présente une épaisseur e de 4 mm et une hauteur de 10 mm. La colle est choisie de manière à présenter un seuil de contrainte à la rupture en traction compris entre 0,9 MPa et 1,6 MPa dans une gamme de températures comprises entre -30 à +80 degrés Celsius et à ce que le cordon de colle présente un allongement en cisaillement supérieur à 100%, cet allongement étant caractérisé de manière classique à 23 degrés Celsius. En effet, le verre du vitrage externe 12 se trouve en contact avec l'extérieur du bâtiment et se trouve par conséquent sensiblement à la température ambiante. Le profilé, isolé de l'extérieur par le dormant de la fenêtre (non-représenté), se trouve sensiblement à la température de l'intérieur du bâtiment. Par conséquent, la dilatation différentielle entre le cadre en PVC et le verre du vitrage externe 12 se trouve augmentée par les différences de températures importantes entre l'air extérieur et l'intérieur du bâtiment. La colle 22 autorise cette dilatation différentielle sans être dégradée. La colle 22 est par exemple une colle " souple " à base de silicone, présentant un allongement en cisaillement caractérisé à 23 degrés Celsius, pouvant aller jusqu'à 150 à 200 %, ou éventuellement un mastic à

base de polyuréthanne.

Un exemple d'une telle colle est la colle silicone référencée DC993 STRUCTURAL SEALANT fournie par la société DOW CORNING. Le tableau suivant illustre le résultat d'essais de cisaillement effectués sur un joint formé de cette colle présentant une section d'épaisseur 4 mm et de hauteur 10 mm dans différentes conditions. Les contraintes de cisaillement

s'exercent perpendiculairement à l'épaisseur du joint.

Température Contrainte à Allongement Allongement (degrés Conditions la rupture à la rupture en traction Celsius) (MPa) (mm) (%) -20 Initiales 1, 28 4,66 116,5 +23 Initiales 1,15 3,59 89,8 +55 Initiales 1,13 2,64 66,0 Après 56 jours en +55 ambiance 1,40 13,19 329,8 humide

(HR*>90%)

Après 42 jours en immersion

+45 1,24 10,79 269,8

dans l'eau à degrés Celsius +20 Après 240 1,20 4,55 113,8 heures dans un brouillard salin *HR=Humidité Relative Sur la figure 2, l'ouvrant 200 comprend un vitrage externe 12 et un vitrage interne 14 maintenus en appui sur le cadre 50. Le profilé du cadre 50 définit une nervure 51 de section de forme générale rectangulaire de part

et d'autre de laquelle sont positionnés les vitrages externe 12 et interne 14.

Cette nervure 51 présente le long de chacun de ses bords libres des cales 52 et 54 sur lesquelles les vitrages 12 et 14 viennent respectivement en appui. Ainsi, la nervure 51 constitue un espaceur assurant un écartement

donné entre les deux vitrages 12 et 14.

De même que dans le cas du vitrage simple de la figure 1, le vitrage externe 12 est maintenu sur le cadre 50 au moyen d'un cordon de colle 22 interposé entre la nervure 51 et le vitrage 12. Le cordon de colle présente une épaisseur e de 4 mm et une hauteur de 10 mm. La colle est choisie de manière à présenter un seuil de contrainte à la rupture en traction compris entre 0,9 MPa et 1,6 MPa et à ce que le cordon de colle présente un allongement en cisaillement supérieur à 100% à 23 degrés Celsius, dans

une gamme de températures comprises entre -30 à +80 degrés Celsius.

Le vitrage interne 14 peut également être maintenu sur le cadre 50

au moyen d'une colle 24 ou par tout autre moyen approprié.

Une fois les vitrages 12 et 14 assemblés sur le cadre 50, on complète l'assemblage en fixant éventuellement des éléments d'habillage ou parecloses (représentées en pointillés sur la figure 2) par exemple par

clipsage dans des rainures formées dans le profilé du cadre 50.

Sur la figure 3, le cadre 50 est en Aluminium et comprend une gorge 55 en forme de T formée dans le profilé et s'étendant le long de la nervure 51. Un élément 60 en PVC a été inséré dans la gorge 55. Cet élément 60 présente une forme complémentaire de celle de la gorge 55 dans laquelle il est inséré (de manière à former un assemblage de type à tenon et mortaise), l'élément 60 étant libre de se dilater par rapport au cadre

dans la direction longitudinale de la gorge 55.

Le vitrage externe 12 est fixé sur l'élément 60 en PVC au moyen

d'un cordon de colle 22 similaire à celui des figures 2 et 3.

Sur la figure 4, le cadre 50 est en Aluminium et comprend une gorge 56 formée dans le profilé et s'étendant le long de la nervure 51. Un élément 60 en PVC a été serti dans la gorge 56 de sorte qu'il n'est pas libre de se dilater. Le profilé 50 présentant un coefficient de dilatation inférieur au coefficient de dilatation de l'élément 60, la dilatation de cet élément se

trouve limitée par le profilé.

Il en résulte que dans la variante de l'invention présentée à la figure 4, la dilatation différentielle entre le vitrage externe 12 et l'élément 60 sur lequel ce vitrage est fixé est moins importante que dans le cas de la variante de la figure 3. Dans l'ouvrant de la figure 4, le cordon de colle 22 supporte donc des contraintes de cisaillement moindre. Ainsi, dans le cas de la figure 4, les dimensions du cordon de colle 22 peuvent être réduites

par rapport au cordon de colle de la figure 3.

Essais comparatifs:

On réalise deux échantillons de test comme suit.

L'échantillon 1 comprend un profilé en PVC de 1 m de longueur sur lequel est collé un vitrage, l'opération de collage étant réalisée dans les conditions standard à une température ambiante de 200C. Le cordon de colle réalisé est formé d'une colle acrylique présentant une épaisseur de 1 mm. L'échantillon 2 comprend un profilé en PVC identique à celui de l'échantillon 1, de 1 m de longueur sur lequel est collé un vitrage, l'opération de collage étant réalisée dans les conditions standard à une température ambiante de 200C. Le cordon de colle réalisé est formé en utilisant la colle

DC-993@ référencée précédemment. Il présente une épaisseur de 4 mm.

Cette épaisseur est déterminée pour obtenir un allongement en cisaillement

supérieur à 100% à 23 degrés Celsius.

Ces deux échantillons sont soumis à des températures variant entre -18 degrés Celsius et +55 degrés Celsius dans une atmosphère humide

(Humidité Relative = 95%).

On peut établir qu'à la température de +45 degrés par exemple, la résistance à la rupture du cordon de colle de l'échantillon 1 est 4,5 MPa et que cette résistance diminue lorsque la température augmente. Or à partir de 50 degrés Celsius, les contraintes de cisaillement dans le cordon de colle dus à la dilatation différentielle entre le PVC et le verre dépassent la résistance à la rupture du cordon de colle. Il y a donc rupture du cordon à

ces températures.

Au contraire, l'échantillon 2 présente un allongement à la rupture important qui lui permet de supporter l'amplitude de la variation de température.

Claims (9)

REVENDICATIONS

1. Fenêtre comprenant un cadre supportant au moins un vitrage externe (12) , caractérisé en ce que le cadre comprend un élément (50, 60) en matière plastique sur lequel le vitrage externe (12) est fixé par un joint de colle (22), et en ce que la colle utilisée présente un seuil de contrainte à la rupture en traction compris entre 0,9 MPa et 1,6 MPa dans une gamme de températures comprises entre -30 à +80 degrés Celsius et le joint de colle (22) présente un allongement en cisaillement caractérisé à 23 degrés

Celsius supérieur à 100%,.

2. Fenêtre selon la revendication 1, caractérisée en ce que le seuil de contrainte à la rupture en traction de la colle est compris entre 1 MPa et

1,5 MPa.

3. Fenêtre selon la revendication 1, caractérisée en ce que le seuil de contrainte à la rupture en traction de la colle est compris entre 1,2 MPa

et 1,4 MPa.

4. Fenêtre selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce

que le joint de colle (22) présente un allongement en cisaillement

caractérisé à 23 degrés Celsius supérieur à 150%.

5. Fenêtre selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce

que la colle est une colle à base de silicone.

6. Fenêtre selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce

que la colle est un mastic à base de polyuréthanne.

7. Fenêtre selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce

que l'élément en matière plastique est en un matériau choisi parmi les matériaux suivants: du polychlorure de vinyle, du polychlorure de vinyle chargé fibres, du polyéthylène, du polypropylène, ou un matériau

thermoplastique extrudé ou thermodurcissable renforcé fibre.

8. Fenêtre selon l'une des revendications qui précèdent, caractérisé

en ce qu'elle présente un vitrage unique (12).

9. Fenêtre selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce

qu'elle présente plusieurs vitrages (12, 14).