FR2933998A1 - Materiau d'etancheite deformable - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne le domaine des matériaux d'étanchéité, de protection et de recouvrement présentant une structure de nappe ou feuille et susceptible d'être conformés de façon réversible selon une configuration dans l'espace appropriée et voulue en vue d'adapter le dit matériau à son support ou à la morphologie des structures ou produit devant recevoir sa protection. L' invention vise plus spécialement un matériau d'étanchéité déformable, sous forme de nappe ou feuille, utilisable notamment pour l'étanchéité et la protection de bâtiments ou analogues , caractérisé en ce qu'il est constitué d'au moins une couche de résine à propriété elastomérique, comportant en son sein une armature constituée d'une feuille en matériau métallique ductile . La dite résine est constituée d'un mélange de résine élastomère, notamment d'éthylène propylène diène monomère (EPDM), et de polypropylène (PP) et le dit mélange comporte encore un produit retardateur de flammes, formé de charges minérales sous forme dispersée, introduit dans une proportion pondérale comprise entre 20 et 80 % de la masse totale de la phase élastomère; ce mélange comporte en outre un plastifiant formé d' une résine vinylique, notamment l'éthylène vinyl acétate (EVA) ; la feuille métallique (3) est de structure continue ou alternativement de structure lacunaire et comporte des évidements régulièrement espacés (4, 4') ; éventuellement la nappe métallique est formée d'un grillage de préférence à mailles hexagonales. Application à un matériau déformable pour l'étanchéité des bâtiments.

Description

Domaine technique de l'invention
L'invention concerne le domaine des matériaux d'étanchéité, de protection et de recouvrement présentant une structure de nappe ou feuille et susceptible d'être conformés de façon réversible selon une configuration dans l'espace appropriée et voulue en vue d'adapter le dit matériau à son support ou à la morphologie des structures ou produit devant recevoir sa protection.
Le matériau de l'invention est plus particulièrement prévu pour réaliser , à la demande et notamment sur site , des structures tridimensionnelles dans le domaine du bâtiment; spécialement pour s'intégrer et compléter des structures de protection notamment des toitures; plus spécialement le matériau souple et en nappe selon l'invention est susceptible d'être produit en continu et livré en bobine, permettant une découpe soit en usine, soit sur place , d'empiècements ou flans , mis en forme manuellement par adaptation de sa structure sur la partie sur laquelle il est destiné à venir prendre place par superposition.
Étant ici précisé que cette application préférentielle n'est pas limitative et diverses possibilités d'utilisation seront précisées dans le corps du présent descriptif, l'application à l'étanchéité 20 extérieure de bâtiments n'ayant qu'une valeur de description exemplative
Rappel de l'art antérieur
Le plomb est de nos jours le matériau le plus utilisé dans le bâtiment et spécialement pour 25 l'étanchéité de toiture. Il est très employé à cause de ses propriétés mécaniques intéressantes, en effet le plomb subit très peu d'altérations dans le temps et il possède l'avantage d'être très malléable même dans des épaisseurs relativement importantes. Il est utilisé dans nombre de produits de toiture tels que notamment les solins, closoirs, abérgements....l1 est possible de le souder pour rajouter des surfaces. 30 On sait cependant que le plomb présente des inconvénients et qu'il constitue une source de pollution chimique, comme l'ensemble des métaux lourds, en raison des troubles qu'il est susceptible d'engendrer sur la santé des êtres vivants notamment des personnes susceptibles d'être à son contact; tel serait le cas des habitants des bâtiments concernés ou le personnel de 1 fabrication ou de mise en place d'éléments d'étanchéités utilisant des feuilles de plomb. Aussi le problème de la mise au point d'un matériau de substitution est- il posé aux professionnels et fabricants.
Buts de l'invention
L'invention vise à répondre à ce besoin d'un matériau d'étanchéité déformable en vue de son adaptations aux configurations architecturales ou c onstructives multiples se pose pour de nombreuses applications, et on citera dans le cas particulier du bâtiment : - Matériau d'étanchéité pour les toitures - solins, abergements, closoirs - Matériau pour réparer les fuites : tuiles cassées, toiture plane fissurée - Noue de toit universelle: sa forme malléable doit permettre une adaptation à tous les toit,. la facilité de découpe à l'aide d'un cutter ou d'un ciseau facilitera la pose et les finitions sur le toit. - Film d'étanchéité à poser sur les parois qui risquent d'être en contact prolongé avec de l'eau stagnante - Bande de toiture souple pouvant être ondulée ou laissée lisse et ayant pour vocation de remplacer les tuiles. - Revêtement d'étanchéité pour les toitures planes - Canalisation souple ou gouttière souple pour faire transiter les eaux de pluie
Matériau pour le bâtiment plus généralement: - Matériau destiné à l'amortissement du bruit ou des vibrations - Revêtement antidérapant universel pouvant couvrir tout type de surface - Matériau support d'affichage en incorporant un renfort dans le composite un matériau de type magnétique pour pouvoir permettre l'accrochage par attraction magnétique sur support métallique - Matériau d'emballage pour protéger les objets de l'humidité et des chocs.
Pour satisfaire à ces différents besoins le matériau et notamment permettre de se substituer au plomb le matériau recherché devra répondre à des impératifs et spécifications rigoureuses parmi lesquelles on citera les exigences ci-aprés résumées - matériau qui résiste à une exposition directe aux UV sur les toitures - matériau à vieillissement limité dans le temps - matériau ayant des propriétés au feu répondant aux exigences du bâtiment. Notamment conformit aux normes M1 ou M2 . - matériau résistant aux agressions mécaniques éventuelles lors de la pose. - matériau ayant une stabilité dimensionnelle quand on le soumet à un gradient de température - matériau non polluant qui puisse être recyclé en fin de vie. - matériau ayant une densité ou une capacité d'adhérence qui l'empêche de se soulever sous les efforts du vent. - matériau capable de se souder, ou coller, pour rajouter des surfaces, réalisées en usine, entre elles sur les sites de pose.
Caractéristiques de l'invention L'invention prévoit un matériau nouveau dans sa composition et sa structure et visant à répondre à ces diverses normes et conditions d'applications.
A cet effet l'invention concerne un matériau d'étanchéité, sous forme de nappe , 20 déformable et utilisable pour l'étanchéité et la protection de structures notamment telles que des bâtiments ou analogues , caractérisé en ce qu'il est constitué d'une couche de résine à propriété elastomérique, comportant en son sein une armature formée d'une nappe ou feuille en métal ductile
25 La résine dans le matériau de l'invention est de préférence constituée d'un mélange de résine élastomère, notamment d'éthylène propylène diène monomère (EPDM), et de polypropylène
Et le dit mélange comporte encore un produit retardateur de flammes, plus spécialement formé de charges minérales sous forme dispersée, introduit dans une proportion pondérale 30 comprise entre 20 et 80 % de la masse totale
Selon une forme de réalisation plus précise la résine à propriété elastomérique et tel que ci-dessus spécifié pourra être préparée à partir du mélange du type T P E ( Thermoplastique - Polyester - Elastomére) notamment tel que celui commercialisé sous la marque Unipréne15 charges minérales ou analogues commercialisé sous la marque Martinal (par la société Albemarle)
Avantageusement le matériau de l'invention peut comporter en outre un plastifiant constitué d'une une résine vinylique, notamment l'éthylène vinyl acetate (EVA) dans une proportion pondérale comprise entre 0,5 et 20 % de la masse totale du mélange final. De préférence cette proportion est comprise entre 0,5 et 5 %
On pourra ici utiliser le produit commercialisé sous la marque Elvax (par la société DuPont)
Dans ce matériau de l'invention la couche de résine forme une masse en feuille de structure homogène, et elle comporte, noyée en son sein, une armature constituée d'une feuille ou nappe métallique d'épaisseur convenable pour permettre la déformation de l'ensemble, notamment une déformation réversible et non élastique.
Avantageusement le matériau métallique est choisi dans la famille comportant le zinc , l'aluminium, l'acier éventuellement pourvu d'un revêtement de surface à effet anticorrosion, tel que par galvanisation.
20 Et l'épaisseur de l.a feuille métallique constituant l'armature interne du materai de l'invention est comprise entre 0,05 et 1 mm et de préférence encore comprise entre 0,1 et 0,15 mm
Selon une forme de réalisation la nappe métallique est formée d'une feuille métallique de structure continue; alternativement la feuille peut être de structure lacunaire et présentant des 25 évidements régulièrement dispersés sur sa surface
Et selon une autre forme de réalisation la dite nappe métallique déformable est constituée d'une grille du type "métal deployé", ou encore de fils métalliques tressés sous forme de grillage ou treillis, les mailles du dit grillage sont une forme hexagonale ou " en nid 30 d'abeille"
La nappe interne métallique formant la dite armature souple et déformable de façon réversible se situe au coeur de l'épaisseur de la couche de résine elastomérique dans un plan médian parallèle aux plans des surfaces extérieures de la nappe. 15 Avantageusement encore la couche de résine armée présente une épaisseur comprise entre 0, 5 et 5 mm Présentation des figures
La figure 1 présente une vue en perspective avec arraché partiel d'une' section du matériau, de l'invention dans lequel l'armature interne est formée d'une feuille métallique continue La figure 2 représente une forme de réalisation dans laquelle la feuille d'armature métallique interne présente une structure lacunaire avec évidements réguliers circulaires
La figure 3 représente une autre forme de réalisation dans laquelle l'armature métallique interne est constituée d'un treillis de fils métalliques à maille de forme hexagonale Description d'une forme de réalisation
Selon la forme particulière de réalisation ici décrite, le matériau en nappe de l'invention présente une épaisseur comprise entre 0,5 et 1 mm et il est formé de deux couches extérieures 20 (1 et 2 ) d'un matériau elastomérique formé lui-même d'un mélange d'éthylène propylène diène monomère (EPDM), et de polypropylène (PP). dans les proportions convenables telles que : - EPDM : entre 5 et 15 % PP entre 10 et 30 %. 25 Notamment un tel mélange dans des proportions approprié est commercialement disponible sous la marque Uniprene produit par la société Teknor Apex.
Ce mélange est complété par un retardateur de flammes formé de charges minérales sous 30 forme dispersée, introduit dans une proportion pondérale comprise entre 20 et 80 % et de préférence entre ,60 et 80 % de la masse totale et plus spécialement ce retardateur de flammes est sélectionné sous la forme du produit commercialisé sous la marque Martinal de la société Albemarle15 De plus la composition de la base élastomère ci-dessus comporte un plastifiant sous forme de .résine vinylique, notamment l'éthylène vinyl acétate (EVA) dans une proportion pondérale comprise entre 5 et- 20 % de la masse totale du mélange final; et ici plus précisément on utilise le produit commercialisé sous la marque Elvax de DuPont . En son sein et selon un plan médian, le matériau en nappe de l'invention comporte une feuille en métal ductile (3 ) tel que le zinc ou l'aluminium, ou encore l'acier ( par exemple galvanisé) d'épaisseur convenable pour permettre la malléabilité manuelle de l'ensemble ; par exemple sous une épaisseur comprise entre 0,1 et 0,15 mm. 10 Selon les figures on voit donc que le matériau complexe contient entre les deux couches extérieures de mélange d'élastomères (1 et 2) une feuille métallique (3); cette feuille peut être de structure continue (figure 1) ou comporte des évidements conformant une structure lacunaire ; tel est le cas visible sur la figure 2 dans laquelle la feuille métallique comporte des 15 évidements circulaires (4, 4') repartis régulièrement notamment en quinconce. C'est également le cas sur la figure 3 dans laquelle la feuille métallique est formée d'un treillis (5) de fils métalliques tressés pour conformer des mailles de formes hexagonales ; La feuille métallique du type grillagé peut encore être du type "métal déployé"
20 Cette structuration de la nappe métallique facilite une déformation souple et non élastique du matériau global pour s'adapter aux configurations dans l'espace des volumes sur lesquels il sera appliqué.. En effet la feuille métallique d'armature impose le maintien de la mise en forme réalisée sur place.
25 Pour la préparation et la fabrication du complexe de l'invention, l'ensemble des matériaux constituant la phase elastomérique (les deux couches extérieures) sont mélangés dans une extrudeuse bi vis ou mono vis ayant des profils favorisant les zones de mélange et minimisant les zones de cisaillement pour ne pas détériorer le matériau. Les différentes matières premières sont introduites dans l'extrudeuse dans les proportions ci-dessus grâce à des 30 doseurs régulés.
Les feuilles à la sortie de la filière (en fente rectiligne) sont mise en forme par calandrage. Une filière avec rouleaux de calandrage permet de fabriquer des feuilles de polymère d'une largeur comprise entre 0,1 m et 2 m et une épaisseur comprise entre 150 et 1.000 m.5 Compte tenu du rapport épaisseur/laize du produit recherché on peut aussi utiliser une extrusion en filière circulaire produisant un tube lequel en cours de refroidissement est fendu selon une génératrice et mis à plat.
L'assemblage des trois couches se fait selon des techniques connues; notamment par charges discontinues ; la feuille métallique qui a pu recevoir un traitement de surface sur ses deux faces pour faciliter l'adhésivité, peut être déroulée depuis une bobine selon une longueur correspondant a la laize finale. Une première couche élastomère à la dite dimension est déposée sur un tapis ou plateau d'assemblage et reçoit en superposition le flan métallique que vient ensuite recouvrir une autre couche élastomère; le tout ainsi constitué peut être soumis à une jeu de calandre ; les pans des couches élastomères étant de préférence proches en température de leur sortie adhérent alors aisément aux faces en regard du flan métallique.
Une méthode d'assemblage en continu sera possible ; dans cette méthode on recueille deux couches élastomères sorties de leur filière respective pour venir rejoindre la feuille métallique intermédiaire et centrale ; le tout reposant sur un tapis continu et le complexe ainsi forme subit les opérations de calandrage pour parfaire l'homogénéité de l'ensemble.
Dans le cas des figures 2 et 3 présentant une feuille métallique centrale lacunaire, les évidements ou vides de maille ont une dimension compris entre 2 et 10 mm et espacés selon un pas compris entre 5 et 15 mm, par exemple pour une feuille de zinc , d'aluminium ou d'acier d'épaisseur entre 0,1 et 0,15 mm L'EVA ayant les appellations commerciales d'Elvax (Dupont) ou Evatane (Arkema) est incorporé en temps qu'agent de mise en forme, il permet de réduire la viscosité du mélange lors de l'opération de malaxage Il est donc incorporé dans des pourcentages très faibles afin de modifier le moins possibles les propriétés mécaniques de la formulation. La gamme de pourcentage d'introduction de l'EVA peut s'étendre de 0.1% à 10% avec une zone préférentielle d'utilisation comprise entre 0.5% et 4%
On peu aussi introduire un plastifiant tels les produits connus sous les marques commerciales Wingtack ou le Norsolène tous deux fabriqués par la société CrayValley. Le plastifiant est introduit afin de gagner en souplesse dans le matériau, il augmente considérablement (autours On peu aussi introduire un plastifiant tels les produits connus sous les marques commerciales Wingtack ou le Norsolène tous deux fabriqués par la société CrayValley. Le plastifiant est introduit afin de gagner en souplesse dans le matériau, il augmente considérablement (autour des 30%) l'allongement maximum à la rupture et la contrainte maximum. L'action de ce plastifiant est double: il améliore les propriétés mécaniques du matériau et il assume aussi la fonction d'améliorer l'accroche du matériau sur son support. En effet le plastifiant à été choisis de tel sorte que sous l'effet de la chaleur il vient migrer en surface des feuilles de polymère. Il à alors la propriété d'adhérer au support sur lequel le matériau à été mis en contact. L'adhérence et les propriétés mécaniques du matériau sont donc considérablement renforcées grâce à l'incorporation du plastifiant
En termes de protection contre le feu la poudre du type Martinal , précédemment citée , peut être complétée par une autre poudre dite retardatrice de flamme fabriquée par la société Clariant sous le nom d'AP423. Cette poudre à des propriétés intumescente qui favorisent la formation durant la combustion d'une croute charbonnée en surface. Cela crée une barrière physique à l'oxygène qui étouffe la combustion.
Il est nécessaire de choisir avec soin le grade d'EPDM employé. En effet il faut un grade d'EPDM ayant des propriétés aux UV intéressantes. Dans notre cas le mélange entre EPDM et PP donne un matériau qui à la propriété de réticuler et de former un gel en surface lorsque qu'on le soumet à la chaleur et aux UV. Cette réticulation du matériau sous les stimuli extérieurs entraîne une amélioration dans ses propriétés mécaniques en termes de contrainte maximum à la traction et d'allongement maximum à la rupture. De plus l'aspect légèrement gélifié en surface renforce les propriétés antidérapantes de ce genre d'élastomère .Le gel rend aussi la surface collante ce qui améliore la tenue à l'interface entre support et matériau
Concernant la procédure de mise en forme du produit complexe , il convient de préciser que le rapport des épaisseurs entre les diverses couches du matériau est déterminant vis-à-vis de son comportement mécanique final Ainsi une couche d'épaisseur de polymère (éaastomère) trop faible vis-à-vis de l'épaisseur du renfort métallique confère au matériau des caractéristiques mécaniques proches du renfort. Il en a dés lors aussi les mêmes inconvénients, par exemple pour l'aluminium : fragilité, risque de froissement permanent de la feuille lors de mauvaise manipulation.
En revanche une épaisseur trop importante de la feuille polymère inhibe totalement la déformation plastique du renfort et rend le matériau élastique, sans capacités à retenir les formes.
Une synergie est crée entre le renfort central métallique et la matrice élastomère lorsque le rapport des épaisseurs est équilibré. Le matériau à alors la capacité de maintenir une forme complexe grâce à la plasticité de son renfort. Il acquiert aussi par sa matrice une certaine élasticité qui le protège mécaniquement de l'extérieur et empêche des déformations permanentes irréversibles.
La description qui précède n'a été donné qu'à titre d'exemple d'une forme particulière de réalisation et l'on pourra réaliser des formes de mises en oeuvre de l'invention à partir des éléments décrits sans sortir des limites des l'invention. Notamment l'invention a été ici exposée dans le cadre de son application à l'industrie du bâtiment, qui n'a été envisagée et développée qu'à titre illustratif; le matériau déformable et adaptable à tous supports tel qu'ici décrit et revendiqué trouvera de multiples applications et possibilités d'utilisation; on se référera à cet égard au paragraphe "buts de l'invention" en tête du présent descriptif qui énumère, sans caractère limitatif, de nombreuses applications possible du matériau de la présente invention 25 ..................... 30

Claims (9)

  1. REVENDICATIONS1 - Matériau d'étanchéité déformable, sous forme de nappe ou feuille, utilisable notamment pour l'étanchéité et la protection de bâtiments ou analogues , caractérisé en ce qu'il est constitué d'au moins une couche (1,
  2. 2 ) de résine à propriété elastomérique, comportant en son sein une armature constituée d'une feuille (3) en matériau métallique ductile 2 - Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce que la dite résine est constituée d'un 10 mélange de résine élastomère, notamment d'éthylène propylène diène monomère (EPDM), et de polypropylène (PP)
  3. 3 - Matériau selon la revendication 2 caractérisé en ce que le dit mélange comporte encore un produit retardateur de flammes
  4. 4 - Matériau selon la revendication 3, caractérisé en ce que dit produit retardateur de flamme est formé de charges minérales sous forme dispersée, introduit dans une proportion pondérale comprise entre 20 et 80 % de la masse totale de la phase élastomère 20
  5. 5 - Matériau selon la revendication 2 et la revendication 4, caractérisé en ce que la résine à propriété elastomérique est un mélange commercialisé sous la marque Unipréne et le retardateur de flamme est un mélange de charges minérales ou analogues commercialisé sous la marque Martinal 25
  6. 6 - Matériau selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un plastifiant
  7. 7 - Matériau selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dit plastifiant est une résine vinylique, notamment l'éthylène vinyl acétate (EVA) dans une proportion pondérale 30 comprise entre 0,5 et 5 % de la masse totale de la phase élastomère finale
  8. 8 - Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de résine comporte noyée en son sein une armature (3) formée d'une feuille métallique ductile, notamment de 15zinc ou d'aluminium ou encore d'acier galvanisé, et d'une épaisseur comprise entre 0,05 et 1 mm et de préférence encore comprise entre 0,1 et 0,15 mm
  9. 9 - Matériau selon la revendication 8, caractérisé en ce que la feuille métallique est de structure continue - Matériau selon la revendication 8 et caractérisé en ce que la feuille métallique est de structure lacunaire et comporte des évidements (4) régulièrement espacés 11 - Matériau selon la revendication 1 et caractérisé en ce que la feuille ou nappe métallique est formée d'un grillage (5) , notamment tel un treillis constitué de fils métalliques tressés avec mailles de forme hexagonale , alternativement tel un métal déployé 12 - Matériau selon l'une des revendications 11, caractérisé en ce que l'armature métallique se situe au coeur de l'épaisseur de la phase de résine dans un plan médian parallèle aux plans des surfaces extérieures de la nappe. 1020
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