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VOILE DE VERRE ET SON UTILISATION POUR
DES REVETEMENTS D'ETANCHEITE
La présente invention se rapporte au domaine des matériaux en feuilles
à base de fibres et concerne plus particulièrement un voile de verre
utilisable
en tant que substrat pour la réalisation de produits enduits, revêtus ou
imprégnés de bitume, notamment pour des applications de couverture et/ou
d'étanchéité.
Dans le domaine de la couverture ou de l'étanchéité, il est connu
d'utiliser des membranes bitumineuses que l'on applique sur la surface à
couvrir ou à étancher. Ces membranes sont généralement constituées d'un
substrat en feuille enduit ou imprégné d'une matrice bitumineuse.
Les matériaux en feuille peuvent être de nature diverses et sont
usuellement obtenus à partir de fibres organiques ou minérales, de préférence
sous la forme de non tissés.
Parmi les matériaux utilisables, les voiles de verre présentent un grand
intérêt car ils garantissent la stabilité dimensionnelle dans le temps de la
membrane bitumineuse.
Les voiles de verre peuvent être obtenus par toute technique connue en
soi, en particulier la technique dite par voie humide, décrite notamment dans
l'ouvrage de référence The Manufacturing Technology of Continuons Glass
Fibres, K. L. LOEWENSTEIN, Ed. ELSEVIER, 2e édition, 1983, pp 315-317.
Cette technique, qui s'apparente aux techniques papetières, consiste à
préparer une suspension aqueuse de fibres de verre coupées, déposer cette
suspension en une pellicule sur un tapis filtrant soumis à une succion pour
éliminer une partie de l'eau de la pellicule déposée, appliquer une
composition
de liant sur la pellicule humide, sécher le voile et réticuler le liant dans
une
étuve, puis conditionner le voile de la manière désirée. Le produit final se
présente sous forme d'une feuille assez fine (épaisseur de l'ordre de 0,2 à
0,8 mm) généralement conditionnée en rouleaux.
Le liant est souvent une composition aqueuse à base de résine urée-
formol, cette résine présentant une tenue en température satisfaisante aux
températures de mise en oeuvre ultérieure du bitume d'imprégnation.
Les voiles de verre présentent toutefois l'inconvénient d'une
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relativement faible résistance à la déchirure, ce qui pénalise le confort
d'utilisation et contraint notamment l'utilisateur à prendre des précautions
lors
de la manipulation pour constituer la membrane ou la poser sur la toiture.
Pour remédier à cet inconvénient, il existe des substrats complexes qui
associent un voile à base de fibres organiques présentant une bonne
résistance à la déchirure et une grille de verre conférant la stabilité
dimensionnelle à l'ensemble. Ces complexes qui associent deux produits
intermédiaires sont cependant d'une fabrication compliquée.
L'invention a pour but de proposer un matériau à base de verre dont la
résistance à la déchirure soit améliorée, sans que sa fabrication soit plus
compliquée que celle d'un voile traditionnel.
EP-A-0 763 505 décrit un mat de fibres de verre pour la fabrication de
bardeaux de toiture bitumineux, dont la résistance est améliorée grâce à un
liant urée-formol modifié par un additif vinylique autoréticulable. Dans ce
mat,
une proportion mineure de fibres peut n'être pas constituée de verre, et être
notamment choisie parmi des fibres organiques telles que du Nylon~, du
polyester, du polyéthylène, du polypropylène. Ce document ne donne pas
d'indication précise sur ces fibres organiques, et ne contient aucun exemple
particulier illustrant cette possibilité.
La présente invention est basée sur la découverte que de nombreuses
fibres organiques ne se prêtent pas convenablement à la fabrication d'un voile
et ont même un effet très négatif sur les propriétés du voile dans
l'application
aux couvertures bitumineuses, mais qu'une sélection très précise des matières
synthétiques permet de surmonter cet inconvénient.
A cet égard, l'invention a pour objet un voile à base de fibres utilisable
pour la constitution de membranes bitumineuses, comprenant des fibres de
verre et des fibres organiques liées par un liant, caractérisé en ce que les
fibres ont un taux de retrait à 130°C inférieur ou égal à 5%.
On précise que le terme « voile de verre » englobe selon l'invention des
matériaux bien connus de l'homme du métier des produits à base de fibre de
verre. II s'agit de matériaux en feuille mince, de structure essentiellement
isotrope, c'est-à-dire qu'il n'y a pas une orientation préférentielle des
fibres.
En pratique, on peut qualifier un voile au moyen du « rapport d'isotropie »,
résistance à la traction du voile dans le sens machine ~ qui est généralement
de l'ordre
résistance à la traction du voile dans le sens travers
de 1, notamment de l'ordre de 1 à 1,5 , allant parfois jusqu'à 2. Cette
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orientation essentiellement aléatoire des fibres est généralement obtenue à
partir de la présentation des fibres de verre en fils coupés pour la
fabrication
du voile, par exemple suivant la technique par voie humide mentionnée plus
haut.
Le choix de fibres organiques selon le critère ci-dessus confère au voile
une bonne qualité, et en particulier une résistance mécanique et thermique
compatible avec l'utilisation ultérieure d'imprégnation par du bitume, alors
que
les autres fibres confèrent au voile une résistance thermique et/ou mécanique
insuffisante.
En premier lieu, les fibres organiques utilisées dans la fabrication de
voile ont un point de fusion élevé pour éviter leur dégradation dans toutes
les
étapes thermiques de la fabrication du voile, notamment séchage et
réticulation en étuve, et de mise en oeuvre du voile, en particulier au
contact
du liant bitumineux. De manière générale, la matière organique synthétique
est choisie pour avoir un point de fusion supérieur à environ 220°C.
Selon l'invention les fibres sont sélectionnées en fonction de leur taux
de retrait thermique : cette grandeur correspond à la variation
dimensionnelle,
en l'espèce un raccourcissement, de la fibre après qu'elle a été exposée à une
température donnée pendant un temps défini. Pour cela, on mesure la
longueur initiale Li de la fibre avant échauffement, puis ia longueur finale
Lf, le
taux de retrait r étant égal à
r= (Li - Lf) / Li . (en pourcentage)
Les taux de retrait déterminants selon l'invention sont exprimés pour
une température de 130 °C produite dans une atmosphère de vapeur
pendant
une durée de 30 min.
Selon l'invention, le retrait est choisi inférieur ou égal à 5%, de
préférence à 4%, en particulier à 3%, par exemple de l'ordre de 2 à 3%.
Avantageusement, cette qualitP de fibre peut être obtenue à partir de
matériaux polymères semi-cristallins, en particulier dont le procédé de filage
permet de réaliser un étirage qui augmente le taux de cristallinité. D'autres
conditions de fabrication telles que la présence d'agents nucléants ou le
facteur température peuvent aussi conduire à l'organisation des
macromolécules de base pour que le polymère de structure initiale amorphe
commence à prendre une structure cristalline et devenir semi-cristallin.
Les fibres répondant aux exigences de l'invention peuvent être trouvées
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parmi les fibres de polyEater, notamment polytéréphtalate d'alkylène, en
particulier polytéréphtalate d'éthylène.
On préfère les fibre; organiques adaptées aux procédés de fabrication
de non tissés par voie humide, qui contiennent un ensimage permettant la
dispersion dans l'eau des filaments individuels.
Les fibres organiques peuvent avoir des dimensions variables, avec un
diamètre moyen de l'ordre de 7 à 25 Nm, pour un titre de l'ordre de 0,5 à
2 dtex. Les fibres sont avantageusement coupées à une longueur de l'ordre
d'une ou quelques dizaines de millimètres, notamment de 6 à 30 mm.
L'effet des fibres organiques est bien perceptible dès 5% en poids par
rapport au poids total de fibres. La proportion de fibres organiques est
avantageusement de l'ordre de 5 à 30%, notamment de 20 à 30%, en
particulier d'environ 25% en poids par rapport au poids total de fibres.
Les fibres de verre utilisées selon l'invention sont d'un type
conventionnel pour la réalisation de voile, de préférence sous forme de fils
coupés, à une longueur de l'ordre de la dizaine de millimètres, notamment de
6 à 30 mm, de préférence d'environ 10 à 20 mm, par exemple 12 à 18 mm. II
est entendu qu'une certaine proportion de fils (par exemple 5 à 10%) peuvent
être coupés à une longueur jusqu'à 100 mm. Par ailleurs, on peut introduire
dans le voile du fil continu, notamment du fil de verre, en tant que
renforcement dans la direction longitudinale.
Le liant utilisé pour constituer le voile est avantageusement à base de
résine urée-formol, de préférence modifiée avec des additifs vinyliques et/ou
acryliques, de la façon connue notamment de US-4 681 802, EP-A-0 763 505.
Le taux de liant est généralement de 15 à 30% en poids de matière sèche par
rapport au voile.
Le voile est fabriqué avec un grammage habituel pour les voiles de
verre, de l'ordre de 30 à 150 g/m2, en particulier de 50 à 120 g/m2.
Compte tenu de la différence de densité entre le verre et les fibres
organiques, la quantité de matière dans le voile selon l'invention pour un
grammage donné est un peu supérieure à celle contenue dans un voile de
verre, ce qui se traduit par une épaisseur relativement plus élevée et/ou par
une porosité inférieure. La porosité est par exemple de l'ordre de 1500 à
1900 I/m2s pour un voile de 50 g/m2.
Le voile selon l'invention étant particulièrement adapté aux applications
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d'étanchéité et/ou de couverture, l'invention a également pour objet une
membrane bitumineuse comprenant un substrat enduit, revêtu ou imprégné
d'une matrice bitumineuse, caractérisée en ce que le substrat est un voile tel
que décrit précédemment.
5 La matrice bitumineuse peut être choisie parmi les matrices connues en
soi : bitume naturel, modifié ou non, ou liant synthétique, tel que « liant
clair » permettant notamment de donner à la membrane une couleur
décorative.
Les exemples suivants, donnés à titre non limitatif, illustrent l'invention.
Exemple 1
On prépare une suspension aqueuse de fibres dans laquelle les fibres
comprennent
- 75% en poids de fil de verre E coupé, ayant un diamètre de filament de
10 pm et une masse linéique de 360 tex, la longueur de coupe étant de
12 mm,
- 25% en poids de fil de polyester coupé disponible auprès de la société
KURARAY sous la référence EP 133 adapté au procédés papetiers,
dispersable dans l'eau. Ce fil est caractérisé par un diamètre de filament de
12 Nm et une masse linéique de 1,4 dtex, la longueur de coupe étant de
15 mm. II s'agit d'un fil de polytéréphtalate d'éthylène étiré pour
augmenter sa cristallinité, qui présente un taux de retrait de l'ordre de 2%
à 130°C en milieu humide pour 30 minutes d'exposition, et un taux
de
retrait de 3% à 170°C en atmosphère sèche pour 15 minutes d'exposition.
La suspension de fibres qui renferme en outre les additifs usuels, à
savoir anti-mousse, dispersant, agent de viscosité, est mise en oeuvre dans
des conditions standard sur une machine de fabrication de voile comprenant
(i) un hydroformeur sur lequel est formée une pellicule humide partiellement
essorée, (ii) un poste d'application de liant par pulvérisation, enduction
[dispositif de cascade' ou 'curtain coater'] ou passage dans un bain d'une
composition aqueuse à base de résine urée-formol plastifiée par acétate et
acrylique, qui dépose sur le voile une quantité de liant de 19% en poids de
matière sèche par rapport au poids de voile, (iii) une étuve de séchage et
réticulation à plusieurs zones de températures de 135 à 215°C où le
voile
circule avec un temps de séjour moyen de l'ordre de 30 secondes, de
préférence légèrement inférieur à 30 secondes.
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Le voile ne pose aucun problème de fabrication, et est obtenu avec un
grammage de 50 g/m2, une épaisseur de 0,3 mm et une porosité de
1580 I/m2.s.
Ce voile est soumis à des essais de résistance mécanique à température
ambiante et à haute température dont les résultats figurent au Tableau 1 ci
dessous.
Résistance à la traction
A partir de l'échantillon de voile, on découpe 10 éprouvettes dans le
sens longitudinal et 10 éprouvettes dans le sens transversal , larges de 50 mm
et longues de 250 mm. On fixe l'éprouvette entre les mors d'une machine de
traction, et on actionne le système d'entraînement de la pince mobile jusqu'à
la rupture de l'échantillon : on relève alors les valeurs de la force de
rupture
(en newton) et de l'allongement à la rupture (en pourcentage de la longueur
nominale).
On pratique également une mesure de la résistance en traction à
250°C
sous charge fixe égale à 10 % de la valeur de rupture mesurée
précédemment, et l'on mesure le temps nécessaire pour arriver à la rupture
de l'éprouvette.
Résistance à la déchirure
A partir de l'échantillon de voile, on découpe 10 éprouvettes dans le
sens longitudinal et 10 éprouvettes dans le sens transversal , larges de 50 mm
et longues de 100 mm. Sur chaque éprouvette, on pratique à partir du bord
d'un petit côté une découpe nette parallèle aux grands côtés à mi-distance des
grands côtés et longue de 50 mm. Sur une machine de traction, on règle la
distance entre les mors de façon à ce qu'elle soit égale à 50 mm, on bloque
l'éprouvette dans les mors et on actionne le dynamomètre en réglant la
vitesse de montée à 100 mm/min. On relève la charge maximale (en N)
lorsque l'éprouvette est complètement dissociée en deux parties. La résistance
à la déchirure est exprimée par la moyenne des dix mesures.
Le voile de l'exemple 1 présente des caractéristiques mécaniques et de
stabilité dimensionnelle très satisfaisantes. II a été mis en oeuvre sur une
ligne
de fabrication en continu de membrane bitumineuse par imprégnation au
bitume chaud à environ 200°C, en présentant une bonne aptitude à
l'imprégnation, conférant même à la membrane un aspect esthétique très
satisfaisant.
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Exemple comparatif i
On fabrique un voile à base exclusivement de fil de verre, de la façon
indiquée à l'exemple 1. Le voile a un grammage de 50 g/mz, un taux de liant
de 24% en poids de matière sèche par rapport au poids de voile, une
épaisseur de 0,3 mm et une porosité de 2000 I/m2.s. On le soumet aux
mêmes tests mécaniques que le voile de l'exemple 1.
Exemple comparatif 2
On reproduit l'exemple 1 avec une fibre organique qui ne satisfait pas
aux critères de l'invention. II s'agit de fibre polyester commercialisée par
TERGAL FIBRES sous la référence l,6dtex T110 mi-mat coupé, également
dispersable dans l'eau, caractérisée par un titre de 1,6 dtex, une longueur de
coupe de 12 mm, un taux de retrait à 130°C en atmosphère de vapeur de
7%.
On fabrique un voile de 50 g/mz, avec un taux de liant de 24% en
poids, une épaisseur de 0,3 à 0,4 mm et une porosité de 1700 I/m2.s.
La fabrication pose des problèmes en bout de ligne, car on observe la
formation de plis en sortie de l'étuve, que l'on peut attribuer à un phénomène
de retrait thermique de la fibre organique.
Comme le montrent les tests mécaniques, le voile présente une faible
résistance mécanique, détériorée par rapport au voile de verre classique. On
constate en particulier que l'anisotropie du voile est fortement augmentée. En
outre, la résistance mécanique à 250°C est inexistante.
Ce voile ne convient pas pour la réalisation de membranes
bitumineuses.
Tableau 1
Ex. 1 Ex. comp. Ex. comp.
1 2
RESISTANCE EN TRACTION
Longitudinal (N/5cm) 214 165 150
Transversal (N/5cm) 133 93 70
Anisotropie 1,6 1,7 2,1
Allongement (%) 1,9 1,1 1,2
RESISTANCE A LA DECHIRURE
Longitudinal (N) 3,0 1,5 3,2
Transversal (N) 3,5 1,7 3
RESISTANCE A 250C > 4 min > 4 min 0
PLIS sur la ligne Non Non Oui
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WO 01/58825 PCT/FRO1/00297
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L'invention vient d'Éatre décrite en détail dans le cas de la fabrication
d'un voile de grammage particulier par voie humide pour l'application à la
réalisation de membranes bitumineuses, mais il est entendu que l'invention ne
se limite pas à ce mode de réalisation et couvre en particulier d'autres
techniques de fabrication de voile (voie sèche), d'autres qualités de voiles,
éventuellement renforcés par des fils de verre continus, ainsi que d'autres
produits utilisables en couverture et/ou en étanchéité.
