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Date : 12 août 2022

Depuis le début des années 2000, un nombre croissant d'incendies signalés dans le monde dans des immeubles de grande hauteur, qui se sont propagés rapidement, ont été attribués à la façade. Ces événements dramatiques ont soulevé des inquiétudes quant au risque d'incendie posé par les matériaux utilisés dans les façades et à l'intérieur du bâtiment. L'amélioration des performances à la fois en réaction au feu et en résistance au feu est une exigence nécessaire pour les matériaux de construction. Le silicone est utilisé dans de nombreux endroits de la façade et des bâtiments, tels que l'étanchéité des joints linéaires ou le coupe-feu des pénétrants dans les murs et les sols coupe-feu.

Des essais normalisés permettent d'évaluer la résistance au feu de tels joints linéaires et pénétrants en termes d'intégrité (évitant le passage des fumées chaudes et des flammes) et d'isolation (limitant l'élévation de température du côté non exposé). Le silicone peut également être utilisé. pour assembler des cadres verre-métal dans des applications de collage telles que des barrières anti-fumée. Dans ces applications, la rétention de la liaison et les propriétés mécaniques du silicone sont une source de préoccupation lorsqu'il est exposé à la fumée et à des températures élevées. Cet article examine le comportement à haute température d'une gamme sélectionnée de silicones utilisés pour l'étanchéité et le collage dans la construction.

Depuis le début des années 2000, il y a eu une succession constante d'incidents associés au déclenchement d'un incendie dans des immeubles de grande hauteur, les murs extérieurs ayant été identifiés comme un problème spécifique de propagation du feu. Les niveaux de performance au feu exigés par les réglementations de construction (UAE 2018, UK 2019) ont été augmentés, imposant des exigences spécifiques aux ingénieurs et aux architectes en ce qui concerne les performances au feu de leurs structures. Plus précisément, minimiser la probabilité d'un incendie et réduire les dommages et les blessures lors d'un incendie inévitable doit être la priorité absolue.

Certaines des réglementations de construction ne peuvent être respectées que si de nouveaux matériaux résistants au feu et des concepts de conception améliorés sont utilisés. Les scellants et les adhésifs sont un élément essentiel pour répondre à la fois à la conformité aux exigences du code du bâtiment (par exemple, la performance thermique) et au respect de l'intention de conception architecturale. Grâce à leur composition chimique unique, les silicones associent des propriétés mécaniques intéressantes et une durabilité des performances qui en font le matériau de choix pour les assemblages de collage (Wolf 2017) en façades et bâtiments. Il est important de noter que les silicones présentent également un comportement prometteur lors d'une exposition au feu.

La performance au feu des mastics peut être évaluée au moyen de différentes normes d'essai. Dans les essais de réaction au feu, les matériaux appropriés ne propagent pas le feu lorsqu'ils brûlent et ne continuent pas à brûler pendant une période significative après le retrait de la source d'inflammation. Les méthodes d'essai importantes sont, par exemple, l'essai d'un seul objet brûlant (CE 2010) et la propagation de la flamme à la surface des matériaux de construction (CE 2002). Les résultats des tests de réaction au feu des silicones indiquent que ce matériau a tendance à brûler localement, sans propagation de flamme latéralement ou verticalement et sans production de gouttelettes enflammées.

En d'autres termes, les silicones ne contribuent pas de manière significative au développement du feu dans les premiers stades. Des normes telles que EN1366 partie 3 et partie 4 (EC 2009, EC 2010) permettent l'évaluation de la résistance au feu des mastics utilisés comme joints linéaires et joints de pénétration dans les murs et sols coupe-feu. Les résultats des tests de résistance au feu montrent que les silicones ignifugés maintiennent l'adhérence lors de l'exposition au feu et peuvent atteindre plus de 4 h de résistance à l'intégrité (E) et à l'isolation (I), ce qui en fait un moyen efficace pour bloquer le passage de la fumée chaude, des gaz et des flammes et empêcher l'augmentation de la chaleur du côté non exposé d'un compartiment coupe-feu (EOTA 2017).

Les concepteurs cherchant à répondre aux exigences en matière d'incendie et utilisant un collage au silicone doivent connaître la résistance du silicone, sa durée de vie et le comportement de l'assemblage en cas d'incendie. En cas d'incendie, les mastics de liaison doivent donc non seulement maintenir l'adhérence comme les mastics d'étanchéité, mais également conserver des niveaux appropriés de résistance résiduelle. La figure 1 montre des vitrages collés après exposition à un feu extérieur réel.

Lors de l'incendie, la chaleur était suffisante pour déformer la ferronnerie. Cependant, le silicone présentait encore un certain niveau d'adhérence, retenant les éclats de verre brisé sur le cadre. De plus, une carbonisation peut être observée sur la surface du silicone, résultant de la dégradation oxydative du silicone en structures de type silicate (SiO2) (Tomer 2012, Camino 2002). Bien que l'on puisse tirer une confiance considérable dans le collage des silicones à partir de ce type de résultat, il est important de quantifier la résistance au feu. Contrairement aux mastics d'étanchéité, la voie de normalisation pour déterminer la résistance au feu des mastics de collage n'est pas bien définie. Les normes d'essai typiques disponibles pour évaluer la performance d'un mur-rideau, telles que la série EN1364 (EC 2014a, EC 2014b), ne permettent pas une évaluation de la performance des façades collées et unitisées car leur portée est actuellement limitée aux façades fixées mécaniquement. Des efforts sont en place pour réviser ces normes afin d'inclure également ce type de façade (Anderson 2021).

Outre la résistance à l'exposition directe au feu (flamme), les concepteurs cherchent également des réponses concernant l'inflammabilité des silicones de liaison lorsqu'ils sont exposés à des températures élevées. Les mastics à base de silicone qui adhèrent à une surface résistante au feu, qui protège le mastic de collage des flammes et de l'oxygène, n'auront pas tendance à brûler, mais il est important de s'assurer que la chaleur transmise au mastic de collage n'altère pas son adhérence ou ses performances mécaniques. . Les mastics silicones de collage peuvent également être utilisés pour fixer des systèmes de protection tels que des rideaux pare-fumée. Dans ce type d'application, le mastic ne verra pas de flammes directes mais sera exposé à de la fumée chaude.

La température de la fumée dépend de nombreux facteurs, tels que le taux de dégagement de chaleur du feu, la vitesse du gaz, les contraintes géométriques (par exemple, le flux de gaz longitudinal ou transversal) et la distance de la source de fumée (Li 2011, Shi 2014, Yi 2019) . Des expériences ont suggéré que les températures de la fumée varient généralement entre des températures autour de 400 °C lorsque l'exposition à la fumée est proche de l'origine de l'incendie et inférieures à 100 °C à de plus grandes distances (Hu 2005, Shi 2014, Starr 2014,Li 2017, Yao 2017 , Yi 2019). De même, la norme européenne EN12101 (CE 2005) spécifie une température de 200 °C pour le test de perméabilité du matériau à la fumée.

Même si les mastics à base de silicone ne fondent pas, un ramollissement et une dégradation potentielle peuvent se produire lors d'une exposition à des températures élevées. Bien que le mastic puisse ne pas montrer de signes de détérioration visible, en particulier lorsqu'il n'est pas exposé directement aux flammes mais uniquement à la chaleur, il est essentiel de maintenir l'intégrité mécanique du joint de liaison lors d'une exposition à des températures élevées. À cette fin, il est essentiel de déterminer la durée d'exposition maximale à la température du matériau qui conduirait au remplacement obligatoire du mastic. On sait très peu de choses sur la perte de performances mécaniques des élastomères de silicone exposés à des températures élevées. L'étude présentée dans cet article présente les performances mécaniques des silicones de pointe utilisés pour le collage (vitrage structurel) et le scellement secondaire des vitrages isolants (VGU) après exposition à des températures élevées. Les conclusions peuvent être utilisées pour déduire le comportement de ces matériaux lorsqu'ils sont exposés à la fumée ou atteints par la surface collée en cas d'incendie, sans exposition directe à la flamme.

Il n'existe pas de procédure standard disponible pour la classification des mastics en fonction de leur stabilité thermique et mécanique. Les données fournies par les fabricants sont basées sur différents processus et critères d'évaluation. Les méthodes d'essai peuvent différer en termes de durée de vieillissement thermique, tandis que l'évaluation peut être basée sur différentes caractéristiques du matériau, telles que la modification de la dureté, du module, de l'allongement et de la résistance à la rupture, ou la capacité d'un adhésif à conserver son adhérence sur un surface chaude. En fonction de leur utilisation dans la façade, différentes propriétés doivent être conservées lors d'une exposition à des températures élevées. Les silicones de liaison utilisées dans les vitrages de façade ou isolants doivent non seulement conserver leur adhérence aux substrats assemblés (par exemple, verre et métal), mais leur résistance à la traction et leur module ne doivent pas se détériorer de manière significative pour maintenir la capacité de liaison. Si des mouvements d'une certaine ampleur doivent être absorbés, un certain allongement minimal à la rupture doit également être assuré.

En termes de température et de durée d'exposition, l'objectif était de prouver que les mastics de collage conservent des propriétés mécaniques avec un minimum de 75 % des valeurs d'origine après 2 heures à 180 °C. La température de 180 °C est la limite au-dessus de laquelle l'inflammation spontanée des matériaux peut se produire même en l'absence d'exposition directe au feu et aux flammes. C'est l'un des paramètres définissant les critères d'isolation (I) (CE 2007). La durée de 2 heures a été choisie car elle correspond à un niveau de performance de résistance au feu souvent requis dans l'industrie pour l'isolation et l'intégrité des joints linéaires. Cependant, des températures supplémentaires ont également été évaluées pour mieux comprendre le comportement des matériaux.

En cas d'incendie réel, il est possible que les mastics soient exposés à l'effet combiné de la température (jusqu'à 180 °C) et de différentes charges mécaniques, par exemple le poids propre du verre ou les mouvements thermiques. Il est connu que la combinaison de charges peut renforcer leur effet individuel, cependant, cela impose une procédure et un équipement d'essai plus complexes. Pour compenser les essais en charge unique, une procédure de sécurité supplémentaire consiste à exiger une conservation relativement élevée des propriétés mécaniques initiales pour compenser les effets imprévus. Une valeur seuil de 75% des propriétés initiales après vieillissement thermique a été retenue, alignée sur l'approche ETAG002 (EOTA 2012). Cette approche par seuil est utilisée avec succès et en toute sécurité depuis plus de 20 ans dans les vitrages collés en silicone pour compenser l'utilisation d'essais à charge unique.

Le chauffage a été effectué dans un four Carbolite CWF1100 (volume de chambre de 5 L). Après un temps d'équilibrage de 15 min, les échantillons sont introduits dans l'étuve à la température souhaitée. La température du four et l'uniformité de la température ont été contrôlées avec une caméra infrarouge (FLIR E6).

Les mastics utilisés dans cette étude étaient des matériaux représentatifs disponibles dans le commerce, comme décrit dans le tableau 1. Les silicones de collage utilisés dans les vitrages de façade et isolants ont été évalués, à la fois monocomposant et bicomposant. À titre de comparaison, un mastic de collage PU, généralement utilisé pour le collage de fenêtres dans les chemins de fer et les transports, a été évalué dans des conditions similaires. Les propriétés initiales pertinentes sont fournies dans le tableau 1.

Tableau 1 : Propriétés mécaniques des matériaux testés dans cette étude. a) Déterminé par analyse mécanique dynamique (DMA) à une fréquence de 10 Hz et 30 °C. b) ISO 8339 (ISO 2005). c)Fiche technique

Différents types d'échantillons ont été préparés pour permettre une évaluation quantitative de l'évolution des performances mécaniques avec la chaleur et la durée d'exposition. Une première série consistait en de petites coupelles en aluminium remplies à ras de la surface et laissées durcir pendant au moins 28 jours à 23 °C et 50 % d'humidité dans une chambre à climat contrôlé. Ces coupelles ont été utilisées pour évaluer le comportement à différentes températures et durées d'exposition à l'aide d'une analyse thermogravimétrique (TGA) et d'une analyse mécanique dynamique (DMA).

Le TGA a été réalisé sur un TGA/DSC 3+ (Mettler-Toledo) à l'aide d'un bac en oxyde d'aluminium (70 μL) sous flux d'air ou d'azote (50 mL/min) soit en mode isotherme (200 °C, 3 h) soit en mode dynamique avec une vitesse de chauffage fixe (10 °C/min) de 30 à 900 °C. Le couplage du TGA à un capteur de calorimétrie différentielle à balayage (DSC) a permis l'enregistrement simultané de la perte de masse et du flux de chaleur pendant la combustion. Pour comparer la perte de masse après l'isotherme de 3 h entre les mastics contenant différents niveaux de charge, l'équation 1 a été utilisée pour tenir compte de la charge non dégradable, fournissant une perte de masse uniquement basée sur la matrice polymère.

La teneur en charge peut être déterminée à partir d'expériences TGA dynamiques sous azote en utilisant le résidu entre 450 et 600 °C. De plus, la formation de noir de carbone pendant le TGA sous azote a été prise en compte par une rampe de chauffage finale sous air.

La DMA (Figure 2) est une technique polyvalente qui permet d'évaluer rapidement les propriétés mécaniques viscoélastiques des matériaux. Pour ce rapport, nous nous sommes concentrés sur E', représentant les propriétés élastiques du matériau. Conceptuellement, E' est lié au module d'Young et est une mesure de la rigidité du matériau. Cependant, E' est déterminé à partir d'une déformation oscillante, alors que le module d'Young en essai de traction est dérivé d'une déformation continue, ce qui rend difficile une comparaison directe. En pratique, les valeurs E' sont souvent supérieures au module d'Young (Narducci 2016, Gioia 2020), qui a également été observé dans les présentes études. La valeur absolue du module de DMA dépend de l'instrumentation (Deng 2007) et suivant la recommandation de l'ASTM D4065 (ASTM 2017), E' a été utilisé pour identifier les tendances de diminution des performances mécaniques et de la rigidité après le traitement thermique par rapport au matériau vierge avant traitement thermique. En fin de compte, les tendances observées de E' s'appliqueront également aux mesures du module d'Young dans les essais de traction.

La DMA a été réalisée sur un Viscoanalyseur DMA50 Metravib 0,1 dB en mode traction avec un écart fixe entre les pinces de 6 mm. Les échantillons ont été découpés en rectangles d'environ 20 mm de longueur, 17 mm de largeur et 2 mm d'épaisseur. Les modules de stockage (E') et de perte (E'') des échantillons sans traitement thermique et après traitement thermique ont été déterminés dans des mesures de balayage de fréquence de 0,1 à 100 Hz, à 30 °C et une force statique fixe entre 0,3 et 1 N, résultant sous une déformation de 0,5% (soit une déformation de 30 μm).

Des joints de traction-adhérence (TA) conventionnels (12 × 12 × 50 mm3), préparés selon la norme ISO 8339 (ISO 2005) à la fois sur des substrats en verre et en aluminium ont été utilisés pour évaluer quantitativement les propriétés mécaniques des mastics chauffés. Les échantillons ont été testés à 5 mm/min. Le test lui-même a été effectué à RT. Au moins 3 joints TA ont été testés à la rupture après chaque vieillissement thermique. A partir de la courbe contrainte-déformation, la contrainte à 12,5%, la résistance à la traction et l'allongement total à la force maximale ont été définis.

Les indications du comportement de la charge permanente ou de la résistance au fluage après le vieillissement thermique ont été évaluées pour la première fois pour le mastic pour Vitrage Extérieur Collé DOWSIL™ 993 avec des échantillons de cisaillement de recouvrement de dimension 20 mm sur 25 mm. Les échantillons vieillis à la chaleur (2 h à 180 °C) ont été exposés à des poids permanents à température ambiante ainsi que dans un four à 60 °C, 85 % HR, pendant 3 mois pour accélérer la condition de vieillissement. Les poids appliqués sur la surface collée entraînent une charge permanente de 7000 et 11000 Pa respectivement. Ces valeurs ont été choisies car il s'agit de la résistance à la charge permanente d'un scellant pour vitrage structurel DOWSIL™ 993 vierge et d'un scellant pour vitrage structurel DOWSIL™ 895 vierge.

Par rapport à 11000 Pa, la valeur de 7000 Pa ne représente que 63% au lieu de la valeur seuil précédemment utilisée de 75%. Semblable à l'évaluation du test de fluage défini dans la directive pour le vitrage structurel en silicone ETAG002 (EOTA 2012), le mouvement pendant le chargement et résiduel après le déchargement a été surveillé. Dans une deuxième étape, une double pièce en H adaptée a été construite et chargée comme illustré à la figure 3. Encore une fois, différents poids représentant des charges permanentes de 11 000 Pa et 7 000 Pa ont été suspendus au substrat central en aluminium pour induire la déformation permanente par cisaillement. Les charges de cisaillement permanentes dans le sens longitudinal ou dans le sens transversal ont été évaluées.

Dans un premier temps, des échantillons de gobelets ont été exposés pendant plusieurs temps (30 à 180 min) à des températures croissantes jusqu'à 300 °C pour identifier les valeurs critiques des deux paramètres en fonction du scellant. Après exposition à la chaleur, des coupes transversales des tasses ont été préparées et TGA et DMA effectuées à divers endroits de la masse et de la surface (Figure 4).

Le module de conservation E' des mastics de collage et d'étanchéité secondaire diminue à mesure que la température augmente au-dessus de 150 °C. À titre d'illustration, la figure 5 montre la diminution de E' pour une exposition de 30 minutes jusqu'à 300 °C pour le scellant pour vitrage structurel DOWSIL™ 993 et ​​le scellant pour vitrage isolant DOWSIL™ 3363. Bien que la surface et le volume aient des modules DMA similaires à température ambiante, une légère différence se produit après l'exposition à la chaleur, la surface présentant des valeurs E' plus élevées que le volume. Les mesures DMA des feuilles d'os de chien de 2 mm d'épaisseur ont montré une diminution de E 'qui correspondait à la diminution de E' pour les échantillons de surface, ce qui suggère que ces feuilles ne capturent pas la dégradation en vrac.

Ainsi, étant préparé à partir de tôles minces, le module résultant des os de chien après traitement thermique sera plus élevé que pour un joint TA et moins représentatif des conditions réelles de vieillissement impliquant des joints avec une profondeur de mastic minimale de 6 mm. Cette différence a motivé le choix dans la suite de cet article d'utiliser des joints TA (ISO 2005) pour évaluer les performances des matériaux plutôt que de travailler avec des dogbones (ISO 2019). A 300 °C, un ramollissement significatif du matériau s'est produit, ce qui ne permet pas une mesure fiable du module de compressibilité. La perte de résistance par rapport à la référence est supérieure à 25 % à 250 °C et, par conséquent, une évaluation plus approfondie se concentrera sur 180 °C, maximum 200 °C.

Au fur et à mesure que le temps d'exposition augmentait à une température de chauffage fixe de 200 °C, le E' (Figure 6) diminuait suivant une loi de vitesse du premier ordre selon les équations 2 et 3, avec E'₀ comme module initial avant l'exposition à la chaleur, le constante de vitesse k et temps t.

À l'aide de l'équation 2, le module à 12,5 % du scellant pour Vitrage Extérieur Collé DOWSIL™ 993 après 2 h à 200 °C a été calculé sur la base de la constante de vitesse moyenne ((ksurf+kbulk)/2). La valeur prédite (0,26 MPa) et la valeur mesurée (0,26 ± 0,02 MPa) étaient très proches. La constante de vitesse déterminée est une mesure absolue de la stabilité thermique du matériau évalué. Il doit être utilisé avec prudence et non extrapolé au-delà de la plage de temps d'exposition évaluée. Notamment, la dépendance de premier ordre vis-à-vis de la vitesse s'est également appliquée au module du mastic secondaire pour vitrage isolant DOWSIL™ 3363. Cependant, le mastic de collage monocomposant DOWSIL™ 895 Structural Glazing Sealant a subi une décroissance de second ordre selon l'équation 4. Sur la base de la cinétique chimique, la décroissance de second ordre se produit plus lentement que les décroissances de premier ordre et le DOWSIL™ 895 Structural Glazing Sealant devrait montrer de meilleurs résultats. conservation de la propriété lors d'une exposition à haute température.

Il est important de noter que le mastic de liaison sans silicone à base de polyuréthane (PU) exposé à des conditions similaires a montré un comportement assez différent. Le matériau a un module E' de référence de 5,6 MPa (avant exposition à la chaleur). Après 2 h d'exposition à 200 °C, le matériau s'est trop ramolli pour permettre la mesure du module (Figure 8).

La perte de masse selon les mesures isothermes TGA à 200 ° C pendant 3 h est considérable pour le PU (20% de la masse totale de polymère) et négligeable à moins de 2% pour tous les mastics silicone évalués indépendamment de leur type (Figure 9A) . La superposition des courbes de perte de masse pour le collage et le mastic PU démontre la dégradation rapide et continue du mastic PU à 200 ° C (figure 9B). Cela a été vérifié par une rampe de température de 30 à 900 °C, montrant une forte perte de poids à partir de 200 °C pour le mastic PU. La perte de masse du silicone de liaison se produit plus tard et à une pente plus faible (figure 9C).

De plus, le PU dégage environ 480 % de chaleur en plus (7800 J/g) qu'un mastic silicone comparable (1600 J/g ; Figure 10) et contribuera davantage au développement du feu.

Dans un deuxième temps, l'évolution des propriétés mécaniques a été évaluée par des essais de joints TA. La figure 11 montre le comportement contrainte-déformation des joints DOWSIL™ 993 Structural Glazing Sealant TA après 120 min à différentes températures sur des substrats en verre et en aluminium. La résistance à la traction et la rigidité diminuent, tandis que la capacité d'allongement est conservée. Lorsqu'il est chauffé pendant 2 h à 180 ° C, le matériau conserve son adhérence et une rupture cohésive est observée. Une défaillance partielle de l'adhésif commence à se produire après 2 h à 200 °C sur le verre, ce qui n'est pas observé sur les substrats en aluminium avant 250 °C.

Comme les échantillons subissent une exposition de 2 h à 250 ° C, une rupture d'adhérence est observée à la fois sur le verre et l'aluminium (Figure 12). La meilleure adhérence sur les substrats en aluminium par rapport au verre est bien connue (Descamps 1994) car en plus des liaisons covalentes Si-O-Si, un enchevêtrement physique dans les pores de la surface en aluminium se produit. Malgré la rupture d'adhérence observée, les valeurs de résistance à la traction et d'allongement sont encore acceptables.

Il est intéressant de noter que les tests préliminaires sur un nombre limité d'échantillons à des temps d'exposition significativement plus longs (jusqu'à 6 h) à 200 °C n'indiquent pas une dégradation plus importante des propriétés mécaniques du mastic pour Vitrage Extérieur Collé DOWSIL™ 993 (Figure 13) . Cette observation est en corrélation avec une décroissance exponentielle pendant les premières heures d'exposition qui ralentit à une échelle de temps plus longue. Le mécanisme de dégradation dominant change par conséquent lorsque les temps d'exposition atteignent plusieurs jours, ce qui donne des mastics plus durs et cassants avec un module plus élevé, que la loi de décroissance exponentielle ne prédit plus. D'autres tests sont en cours pour confirmer ces observations.

Le mastic secondaire DOWSIL™ 3363 Insulating Glass Sealant, se comporte de manière similaire, comme illustré à la Figure 14 (à gauche). La perte partielle d'adhérence sur le verre n'est observée que lorsque les températures dépassent 200 °C, ce qui explique la meilleure conservation des propriétés. Le mastic pour Vitrage Extérieur Collé DOWSIL™ 895 montre (Figure 14 à droite) un comportement plus stable avec peu de dégradation entre 180 et 200 °C dans les joints TA, ce qui est similaire aux résultats DMA précédents.

Comme le verre s'est avéré être le pire des cas, ce substrat a été principalement utilisé pour une évaluation quantitative plus poussée du changement de performance pour les silicones de collage et de scellement secondaire. La perte de propriétés mécaniques à 180 °C et 2 h reste inférieure ou proche du critère de performance choisi de 25 %. À 200 °C, la perte de résistance à la traction et de rigidité est juste supérieure à 25 %. Cependant, ils conservent leur résistance mécanique et ne se désagrègent pas. La figure 15 résume les résultats obtenus en traction.

La figure 16 compare la rétention du module DMA et des modules à 12,5 % pour les différents types de mastic silicone après 2 heures d'exposition à la chaleur à 200°C. Ces résultats confirment que le module DMA peut en effet être utilisé comme une alternative rapide à l'analyse des joints TA pour étudier les tendances des changements de propriétés dans le matériau.

De même, les joints TA ont été testés en cisaillement à différentes températures. Les résultats sont fournis dans la Figure 17 et la Figure 18. Par rapport au cisaillement d'origine à température ambiante, le collage et les scellants secondaires sont capables de conserver 75 % de la valeur d'origine de la résistance à la traction, de la rigidité et de l'allongement après traitement thermique. Aucune différence dans le comportement de résistance à la traction n'est observée entre les conditions d'exposition à 180 °C et 200 °C. La rigidité en cisaillement ne diminue pas autant qu'en traction. Cette meilleure performance en cisaillement pourrait s'expliquer par l'absence de zones de fortes contraintes dans le joint lorsqu'il est sollicité en cisaillement, notamment dans la zone proche du plan d'adhésion avec le substrat. En revanche, les joints TA testés en traction présentent une répartition hétérogène des contraintes avec une forte contrainte dans la zone proche du plan d'adhésion.

Enfin, l'évolution de la résistance aux charges permanentes du Mastic pour Vitrage Extérieur Collé DOWSIL™ 993 a été évaluée après vieillissement thermique des échantillons pendant 2 heures à 180 °C. Les échantillons de cisaillement de recouvrement - généralement utilisés pour ce type de test - n'ont montré aucune perte de résistance à la charge permanente, ce qui est probablement dû à la plus petite surface exposée à l'oxygène qui a limité la dégradation thermique dans le four à 180 °C. Par conséquent, nous avons spécifiquement conçu des échantillons à double barre en H (figure 3) pour utiliser les dimensions des joints TA pendant les expériences de charge permanente.

Après vieillissement thermique à 180 ° C pendant 2 h, les échantillons à double barre H ne présentent aucune déformation lorsqu'ils sont chargés à température ambiante avec une charge morte de 7 000 ou 11 000 Pa pendant 6 mois. Après 3 mois à l'étuve à 60 °C et 85 % HR, les échantillons frais (non vieillis à la chaleur) dans le sens longitudinal résistent aux deux charges. Les échantillons vieillis à la chaleur (2 heures à 180°C) présentent une déformation à 11 000 Pa, alors qu'ils sont capables de résister à la charge permanente inférieure de 7 000 Pa sans déformation résultante. Les résultats dans le sens transversal n'ont pas été utiles en raison de la rotation des échantillons qui n'a pas été compensée lors de l'essai.

Ces tests préliminaires semblent indiquer que les silicones de collage, exposés à une charge permanente et à une température élevée, peuvent nécessiter un remplacement à plus long terme car les changements de propriétés observés sont supérieurs à 25 %. Des essais supplémentaires, y compris l'établissement d'un lien entre le nouvel essai à double barre en H et l'essai de fluage référencé dans l'ETAG002, doivent être effectués pour compléter l'évaluation de la résistance à la charge permanente après exposition à la chaleur.

La capacité d'un mastic de liaison à supporter une charge dynamique utile après une exposition à la chaleur telle que la fumée ou la chaleur de conduction (2 h à 180 °C) reste importante. Le collage et les scellants secondaires conservent 75 % de leurs propriétés mécaniques d'origine (résistance à la traction, allongement, rigidité). Une perte de 25 % par rapport aux propriétés mécaniques d'origine observées pour cette exposition à la chaleur est probablement acceptable selon les directives de collage de pointe. Ces résultats suggèrent qu'il n'est pas nécessaire de remplacer directement les scellants de liaison après ce type d'exposition, qui pourrait se produire dans des pièces isolées mais adjacentes à un incendie. Une évaluation plus approfondie est nécessaire pour confirmer la résistance à la charge permanente des silicones vieillies à la chaleur et la nécessité de les remplacer. Comme un bon niveau d'adhérence est maintenu jusqu'à 200 °C, un scellant de collage exposé à la chaleur peut encore fournir une barrière majeure empêchant la sortie des gaz chauds.

L'étude décrite dans cet article s'est concentrée sur un scénario du pire des cas dans lequel de petits échantillons ont été évalués rapidement et entièrement exposés au vieillissement thermique complet. Dans les applications de construction, les joints exposés à des températures élevées de fumée ou de chaleur de conduction peuvent bénéficier de l'effet d'échelle de la structure plus grande à laquelle ils appartiennent. Selon le système, ils peuvent subir un chauffage plus lent et une température maximale effective inférieure, en particulier si des systèmes de gicleurs sont actifs à proximité ou si les matériaux en contact agissent comme un dissipateur de chaleur, éloignant la chaleur des liaisons en silicone.

De plus, les matériaux à base de silicone présentent un transfert de chaleur lent. Des études de modélisation du feu (Mazzucchelli 2020 ; Zhang 2021) de murs-rideaux exposés au feu, à la fumée et à des températures élevées suggèrent que les températures à différents endroits du mur-rideau varient et peuvent être considérablement plus basses à certains endroits, ce qui entraîne une résistance mécanique résiduelle du mur-rideau. scellant, qui ne présente pas de défaillance dans des conditions d'incendie réelles similaires aux observations d'incendie réelles rapportées à la figure 1. Les ruptures thermiques peuvent en outre contribuer à la rétention de la résistance du joint et au contrôle de la température dans la zone de la ligne de liaison. Des barrières thermiques créées par des matériaux isolants ou des revêtements intumescents peuvent être introduites pour minimiser la température dans au moins certaines parties de la zone collée.

Contrairement au comportement prometteur du silicone, le modèle de comportement est tout à fait différent si des mastics d'autres types chimiques, par exemple des polyuréthanes, sont pris en compte. Le mastic PU évalué dans cette étude provient de l'industrie ferroviaire, où il est utilisé pour le collage des fenêtres. Ce matériau s'est avéré perdre non seulement ses performances mécaniques, mais aussi complètement désintégré lors d'une exposition à la chaleur pendant 2 h à 200 °C. Bien que l'utilisation de ce type de chimie pour des applications de collage intérieur sans exposition aux UV puisse être envisagée à l'avenir, les résultats présentés mettent en évidence la grande sensibilité du matériau PU à la température.

La sensibilité de ce matériau interpelle l'utilisation de ce type de chimie lorsqu'il s'agit d'éviter tout risque lié à une exposition à haute température et souligne l'importance du choix technologique dans les applications de façade. En effet, la durabilité à long terme pourrait être affectée lorsqu'elle est exposée à des températures même modérées, telles que 80 °C, qui sont couramment atteintes dans les façades non vitrées et une évaluation expérimentale approfondie est fortement recommandée pour valider l'application.

Les travaux futurs comprennent la construction d'un graphique temps-température à 75 % de perte de résistance à la traction pour les différents matériaux afin de permettre une sélection facile des mastics pour leur résistance à haute température par l'industrie et la poursuite de l'évaluation de la résistance aux charges permanentes. Enfin, des recherches supplémentaires sont nécessaires pour comprendre l'impact de la variabilité du test par rapport à une pertinence statistique, qui devrait inclure des répétitions d'échantillons, l'évaluation de la variation d'un lot à l'autre ou l'influence du rapport de mélange. Il est important de noter que les résultats fournis ne s'appliquent qu'aux mastics évalués.

Les auteurs tiennent à remercier François De Buyl, Pierre Descamps et Frédéric Gubbels pour les échanges fructueux ; le laboratoire de construction à Seneffe pour la préparation des échantillons et Aurore Arnould pour l'accompagnement dans la réalisation des analyses TGA.

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