LES MATERIAUX DE REMPLISSAGE DES PANNEAUX

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LES MATERIAUX DE REMPLISSAGE DES PANNEAUX SANDWICHS
Les matériaux comme Polyuréthane, PIR, Polystyrène, Mousse Phénolique et Laine de Roche sont les
matériaux centraux de remplissage les plus préférés aux applications de panneaux sandwichs. Les
matériaux sont groupés en deux, tels que Polyuréthane, PIR, Polystyrène, Phénolique sont des Mousses en
Plastique, la Laine de Roche est le matériau Inorganique fibreux. La différence entre eux et leurs avantages
en performance forment les questions très curieuses et souvent posées. Il faut accepter l'existence de flux
d'information déficient en plus des malentendus en spécifications techniques des panneaux sandwichs qui
ont des divers lieux d'utilisation. Le type de matériau central en tenant compte l'endurance mécanique,
l'isolation, la performance au feu et les processus de production, est très important quand on choisit le
panneau sandwich correcte en composite. Dans ce contexte, la détermination et la comparaison correcte
des performances exigées des matériaux gagnent l'importance davantage.
PUR / PIR (Polyuréthane) : Le Polyuréthane, (PUR) et le Polyisocyanurate (PIR) sont les mousses les plus
utilisées en production des panneaux sandwichs. La propriété d'adhésion de ce genre de mousses
plastiques préféré généralement aux lignes laminées, pendant l'étape de moussage offre des avantages
importants. Les performances au feu sont augmentées en développant des propriétés chimiques les années
dernières. Le gaz du gonflage respectueux de l'environnement, n – pentane est préféré en production. Le
polyuréthane utilisé pour environ 50 ans en production des panneaux sandwichs, est connu comme le
matériau d'isolation le plus fiable.
PUR / PIR (Polyuréthane)
XPS / EPS (Polystyrène) : Il existe deux types de mousse de polystyrène tels qu'Extrudé (XPS) et Expansé
(EPS). Ils sont collés aux surfaces métalliques en utilisant l'adhésive supplémentaire aux applications de
panneaux sandwichs. Les mousses de polystyrène décrites comme thermoplastiques se fondent aux
températures basses.
EPS (Polystyrène Expansé)
XPS (Polystyrène Extrudé)
Les Matériaux de Remplissage des Panneaux Sandwichs IÇ|11|09
1
Phénolique (PF) : La mousse phénolique est un matériau plus nouveau par rapport aux autres mousses en
plastique. Elle est préférée très rarement aux panneaux sandwichs. Elle offre la meilleure performance au
feu parmi les mousses en plastiques.
Phénolique
Laine de Roche : C'est une type de laine minérale obtenue par la fonte et la pulvérisation des roches telles
que la basalte, la diabase, la dolomite et leur mélange avec de bakélite. La laine de roche dont les résultats
en résistance au feu et isolation sonore sont parfaits, possède des valeurs d'isolation relativement plus
basses que celles de la mousse plastique en isolation thermique.
Laine de roche
Les informations données ci-dessous n'appartiennent pas à un certain fabricant mais sont des données
générales de comparaison pour suggérer des idées.
1. Endurance Mécanique
Les paramètres telles que la résistance à la compression, à la traction, au glissage et la module de glissage
sont les valeurs les plus importantes qui déterminent les performances d'endurance mécanique du matériau
composite. En plus, la résistance des matériaux composites est strictement liée aux comportements entre
leurs composants. Les matériaux tels que mousse de polystyrène et laine de roche sont collés aux surfaces
métalliques par les collants à base de polyuréthane supplémentaire; quant au Polyuréthane, au PIR, aux
mousses Phénoliques, ils se collent automatiquement eux-mêmes par expansion depuis la forme de
mélange liquide. Bien que l'EPS et le XPS sont des bons matériaux d'isolation grâce à leur processus de
production bon marché, le besoin de collant supplémentaire les rendent moins préférés aux applications de
panneaux sandwichs. Souvent, même si la résistance à la traction du collant sur les surfaces métalliques est
supérieure à la résistance à la traction des matériaux en polystyrène de remplissage, les analyses
demandent que cette valeur ne descende pas sous 0.10 N/mm². Aux cas contraires, les contraintes
potentielles causent des torsions en surface.
Il faut examiner attentivement les propriétés de ce type de matériau qui contient de polymère en ce qui
concernent la température de l'environnement et la possibilité d'être influencé par l'humidité, en plus de son
comportement viscoélastique qui peut causer fluage, lors des étapes de conception des panneaux
sandwichs. Les propriétés mécaniques des mousses en plastique des panneaux sandwichs sont étroitement
liées à la densité, aux matériaux comme laines de roche, elles ne constituent pas le premier facteur, et
peuvent changer avec les procédés de production comme la propriété de structure fibreuse.
La différence des mousses de PIR de celles de PUR polyuréthane est la dissemblance des taux de
composants utilisés dès leur fabrication. Par conséquent, leurs propriétés mécaniques et physiques se
ressemblent beaucoup.
2
On détecte récemment quelques problèmes en endurance mécanique des mousses Phénoliques
développées pour améliorer la performance au feu du polyuréthane dès les années de 1970. On a observé
des désagrégations prématurées dont la raison est considérée comme la structure phénolique, surtout aux
panneaux sandwichs contenant de phénolique, préférés aux applications de toiture où il y a un trafic
passager fréquent. Il faut connaître les propriétés du matériau de remplissage du panneau sandwich très
bien surtout aux bâtiments soumis aux charges répétées.
RESISTANCE A LA COMPRESSION ET MODULE DE COMPRESSION
MODULE DE GLISSAGE
RESISTANCE A LA TRACTION ET MODULE DE TRACTION
3
RESISTANCE AU GLISSAGE ET
PUR/PIR
EPS
XPS
PHENOLIQUE
LAINE DE ROCHE
0.08-0.15
0.09-0.16
0.18-0.5
0.05-0.15
0.03-0.2
1.2-5.0
3.0-7.2
3.2-8.4
2.0-4.0
2.0-15.0
Résistance à la Traction (N/mm²)
0.07-0.22
0.08-0.17
0.34-0.52
0.03/-0.1
0.03/-0.6
Module de Traction (N/mm²)
1.0-10.0
1.0-10.0
45.0-70.0
1.0-3.0
5.0-40.0
Résistance à la Compression (N/mm²)
0.10-0.16
0.10-0.18
0.20-0.70
0.08-0.2
0.10-0.15
2.3-6.0
1.2-3.5
15.0-20.0
2.0-8.0
6.0-15.0
Résistance au Glissage (N/mm²)
Module de Glissage (N/mm²)
Module de Compression (N/mm²)
2. Isolation Thermique
Le coefficient de transmission calorifique (λ) est une valeur fixe qui change selon le matériau. C'est la valeur
du flux de température qui se forme à un matériau de la surface de 1 m² et de l'épaisseur de 1 m, en cas où
la différence de température entre les surfaces interne et externe est 1 Kelvin; elle est mesurée en Watt (W).
Ce sont les valeurs de transmission calorifique des matériaux d'isolation typiques ci-dessous. Une faible
valeur de transmission calorifique veut dire une haute performance d'isolation thermique, alors on peut
atteindre à la performance désirée avec une épaisseur moins élevée de matériau d'isolation.
La valeur de transmission calorifique change à tous les matériaux selon le degré de température. Mais, cette
relation est généralement linéaire. Dès la détermination de l'épaisseur du matériau, les calculs sont basés
sur une température de degré 10 °C et les valeurs théoriques de transmission calorifique sont déterminées
en fonction de cette température.
T Température (C)
L'effet de la température sur la transmission calorifique de PUR
Bien que la valeur de transmission thermique est une paramètre très importante dès le choix du matériau
d'isolation thermique optimal; la diminution de la capacité d'isolation thermique, surtout aux mousses en
plastique, nécessite de tenir compte des valeurs d'isolation au matériau vieux. Quand les faibles valeurs
d'isolation sont comparées, tenant compte l'usage multifonctionnel et des performances de long terme, les
mousses PUR/PIR offrent la solution optimale.
Bien que la structure de cellule fermée des mousses en plastique est plus résistante à l'eau, le contact des
matériaux inorganiques comme laine de roche avec l'eau peut causer des réductions de 75% en
performance thermique.
Polyuréthane/PIR/Phénolique
XPS
EPS
Laine de Roche
Effectivité d'Isolation des Matériaux Centraux
Transmission Calorifique (W/m.K)
PUR/PIR
EPS
XPS
PHENOLIQUE
0.022-0.028
0.034-0.037
0.025-0.028
0.022-0.028
4
LAINE DE
ROCHE
0.034-0.040
5
3. Capacité d'Absorption d'Eau
Ce qui est nécessaire pour le matériau d'isolation est qu'il n'est pas directement influencé de l'eau. De plus, il
faut que la valeur de transmission thermique n'augmente pas indirectement par être mouillé via capillarité.
En effet, les fibres de la laine de roche ne se mouillent pas, mais les espaces d'air entre les fibres se
remplissent en cas de contact avec l'eau et la laine de roche qui se mouille ainsi commence à ne pas
satisfaire sa tâche.
Absorption d'Eau en Volume (%)
PUR/PIR
EPS
XPS
2-5
0-5
0-0.5
PHENOLIQUE
LAINE DE
ROCHE
2.5-10
4. Densité
On peut diminuer la quantité de matériaux consommés seulement si on considère les coûts de production,
vise à la meilleure performance avec la densité la plus élevée possible. La densité influence l'endurance
mécanique surtout aux mousses en plastiques. D'autre part, à cause des poids des panneaux sandwichs
fabriqués avec laine de roche, des difficultés en montage et des charges supplémentaires sur la construction
portante ont lieu aux bâtiments.
Le coefficient de transmission calorifique dépend de plusieurs facteurs indépendants de la température. Le
pourcentage des cellules fermées, l'épaisseur de l'échantillon, une durée plus longue d'expansion, une
modification plus lente du coefficient de transmission calorifique, les dimensions des cellules, le genre du
matériau de moussage et autres facteurs peuvent être donnés comme exemples pour ces facteurs. Le
graphique ci-dessous illustre les effets de la densité sur le coefficient de transmission calorifique.
Effet dex la densité sur le coefficient de transmission calorifique
Densité (kg/m³)
PUR/PIR
EPS
XPS
PHENOLIQUE
36-50
10-25
30-50
35-55
6
LAINE DE
ROCHE
70-150
5. Résistance à la Température
C'est la température où le matériau d'isolationthermique commence à perdre ses propriétés et à se déformer.
Par conséquent, il faut déterminer à l'avance la température à laquelle le matériau va être soumis sur lieu
d'application et choisir un matériau conforme à cette température.
PUR/PIR
EPS
XPS
PHENOLIQUE
LAINE DE
ROCHE
110
80
80
120
850
Max. Résistance à la Température
(°C)
6. Perméabilité à la Vapeur d'Eau
La perméabilité à la vapeur d'eau est importante pour le confort aux bâtiments. La résistance à la diffusion
de vapeur d'eau (µ) et l'épaisseur soumise à la diffusion (Sd) sont les deux valeurs caractéristiques
importantes. La valeur de résistance à la diffusion de vapeur d'eau (µ) est propre au matériau et est
déterminé par comparaison avec la résistance de l'air acceptée telle que 1. La perméabilité à la vapeur d'eau
chez les panneaux sandwichs dépendent aussi de la densité du matériau, les détails de joint, le processus
de production et le genre de la surface métallique. Plus élevée la résistance à la diffusion de vapeur est, plus
petite la quantité de vapeur qui peut passer à travers l'intérieur du matériau. Ce qu'on demande d'un
matériau d'isolation thermique est un coefficient élevé de résistance à la diffusion de vapeur.
Coefficient de Résistance à la
Diffusion de Vapeur d'Eau (µ)
PUR/PIR
EPS
XPS
PHENOLIQUE
30-100
20-100
90-100
10-50
LAINE DE
ROCHE
1
8. Isolation Sonore
Les paramètres demandées pour l'isolation sonore des revêtements de toiture et muraux et les méthodes de
calcul peuvent être déterminées dès la conception. Des ondes sonores qui percutent une surface, une partie
est réfléchie, une partie est absorbée, le reste est transmis. Les taux de réflexion, d'absorption et de
transmission dépendent de la forme de surface, l'absorption sonore du matériau et la fréquence de son. Les
matériaux de mousses en plastique avec de pores fermées sont essentiellement des matériaux thermiques.
Pour l'isolation des sons causés par l'air on utilise des matériaux avec pores ouvertes (comme laine de
verre, laine de roche, mousse acoustique) Les matériaux qui absorbent les sons ont des pores et des fibres,
et fonctionnent en tant qu'ils causent des pertes en friction de l'air qui entre dans les espaces vides de leur
structure et donc la transformation d'un part de l'énergie acoustique en énergie thermique. La propriété de
contribution en isolation sonore des panneaux sandwichs remplis de laine de roche est beaucoup plus
élevée qu'autres panneaux.
Isolation sonore du système de panneau
sandwich(dB)
7
PUR/PIR
EPS
LAINE DE ROCHE
≥ 25
≥ 24
≥ 34
Isolation Sonore des Panneaux Sandwichs Remplis de PUR et de Laine de Roche
9. Stabilité Dimensionnelle
Les volumes de toutes les mousses en plastiques ne sont pas affectées par les modifications en
température. Suivant l'élévation de température à la mousse cause une augmentation sur la pression des
gaz et l'expansion. Une situation en contraire a lieu en cas des refroidissements soudains. Il y a un risque de
dommage à la structure de mousse à cause de la pression négative. Il faut faire attention surtout pendant le
procédé de refroidissement suivant la production des mousses de PUR.
Changement Dimensionnel
(80 °C 48 heures)
PUR/PIR
XPS
EPS
PHENOLIQUE
LAINE DE
ROCHE
2%
5%
1.5%
1%
1%
10. Résistance Chimique
Les matériaux peuvent perdre leurs fonctions telles que la qualité visuelle en outre de l'endurance
mécanique avec les effets de corrosion. On demande toujours de tous les matériaux du bâtiments être
résistants à la corrosion et prendre des cautions supplémentaires à se protéger de la corrosion. Dans ce
contexte, il faut que les matériaux de remplissage comme les surfaces métalliques de panneau sandwich
soient résistants à la corrosion. L'acide aromatique sulfonique utilisé en production des mousses
phénoliques se dissolve en contact d'eau. L'acide sulfurique qui se dissolve de la mousse phénolique et qui
pénètre aux surfaces métalliques suivant l'absorption d'une grande quantité d'eau peut causer corrosion sur
le métal.
8
Les résistances chimiques des mousses de polystyrène XPS et EPS sont plus faibles que celles des
mousses de PUR, donc on préfère les collants à base de polyuréthane qui ne sont pas dissolvants dû à leur
sensibilité dès contre le collage aux surfaces métalliques des panneaux sandwichs.
La résistance chimique de laine de roche est élevée et elle ne cause pas corrosion.
PUR/PIR
XPS/EPS
PHENOLIQUE
Bonne
Moyenne
Moyenne
Résistance Chimique
LAINE DE
ROCHE
Bonne
11. Performance au Feu
La laine de roche est classifiée comme inflammable dans la groupe des matériaux inorganiques. Chez les
applications des murs, toitures ou aux murs intérieurs, résistantes au feu; des panneaux sandwichs remplis
de laine de roche donnent le rendement le plus élevé. La résistance au feu des panneaux sandwichs remplis
de laine de roche d'épaisseur de 100 mm peut changer de 30 à 120 minutes, selon le genre de laine de
roche et les détails de joint. D'autre part, les collants à base de polyuréthane qui permettent à coller aux
surfaces métalliques via la laine de roche au système de panneau sandwich, ont un comportement égal à
celui des panneaux remplis de PUR dès les premières étapes du feu.
Toutes les mousses en plastique sont organiques et donc inflammables. Leur comportements contre le feu
changent selon le choix de matière première conforme, le processus de formation de mousse, les additives
retardateurs de feu et les composants inorganiques y inclus. Les propriétés caractéristiques des mousses en
plastique sont montrées en dessous;
PUR/PIR: Une propre formulation chimique peut offrir des avantages aux mousses en plastique en fonction
de performance au feu. Les taux élevées d'isocyanate et l'additif retardateur de feu sont déterminants en
performances des polyuréthanes. Le matériau PUR cause de décomposition à 150-200 °C et de combustion
et formation de fumée quand dépassé 300 °C. Par exemple, aux essais conduits avec la mousse de
polyuréthane d'épaisseur de 60 mm, la durée de résistance critique au feu peut atteindre à 30 minutes.
XPS/EPS: Le polystyrène expansé (EPS) et le polystyrène extrudé (XPS) sont toutes deux les mousses en
plastique ayant la plus faible résistance au feu. Ils commencent à fondre et les gouttes de feu se mettent à
se former à la température de 100°C.
PHENOLIQUE Le phénolique a une bonne performance au feu, comparé aux mousses de PUR/PIR grâce à
sa structure polymérique. En plus, il se génère une quantité de fumée égale à celle de PUR/PIR. D'autre
part, développé afin d'améliorer la résistance au feu des mousses en plastique, le phénolique a quelques
désavantages. Il a d'acide en processus de production, en premier lieu, de faible endurance mécanique, de
fragilité et de performance partiellement d'isolation thermique.
PUR
PIR
EPS/XPS
PHENOLIQUE
Température à laquelle la stabilité
dimensionnelle est perdue (°C)
Température d'Inflammabilité (°C)
~200
~200
~90-100
>250
285-310
415
245-345
490
Performance au Feu
Moyenne
Moyenne
Faible
Bonne
9
LAINE DE
ROCHE
Très Bonne
Graphique de Comparaison de Performance des Matériaux de Remplissage:
LAINE DE ROCHE
PHENOLIQUE
EPS/XPS
Endurance Mécanique
Isolation Thermique
Résistance à l'Eau
Résistance à la Température
Performance au Feu
Stabilité Dimensionnelle
Isolation Sonore
PUR/PIR
EPS/XPS
PHENOLIQUE LAINE DE
ROCHE
*****
*****
*****
****
***
****
***
****
****
***
*****
**
**
****
***
**
****
****
**
****
****
****
***
**
Isolation Sonore
Stabilité Dimensionnelle
Performance au Feu
Résistance à la
Température
Résistance à l'Eau
Isolation Thermique
Endurance Mécanique
PUR/PIR
****
***
**
*****
*****
****
****
*****
Très bon ***** - Bon **** - Moyen *** - Faible ** - Insuffisant *
Assan Panel se réserve le droit de faire modifications sur ce dossier informatif.
Références: 1. Assan Panel Çalışmaları 2. TSE EN 14509 /08.01.2009 3. Lightweight Sandwich Construction, J.M. Davies 4. Sandwich Panel Construction,
Rolf Koschade 5. Practical Guide to EN 14509, Klaus Berner 6. Durability Assessment of Sandwich Panel Construction, Dr. Lars Pfeiffer
7. TSE EN 13501-1 / Décembre 2003 8. Ode Teknik Yayınlar – 1999 9. TSE 825 / Avril 1999 10. Heat loss: John Bradley, School of the Built Environment,
Leeds Metropolitan University 11.STO Yayınları “Building with conscience” 12. Eleventh International IBPSA Conference -2009, Uncertainty in The Thermal
Conductivity of Insulation Materials 13. The European XPS Associations, Exiba Yayınları 14.Knauf Insulation Yayınları 15.EPS Product Solutions, PlastiFab Yayınları 15. J-RAK Consulting for The Alliance for Fire and Smoke Containment-2004, Technical Buyer‟s Guide 16.Isopa, Fire Performance of
Polyurethane Steel Deck Roofing 17.CPS, Composite Panel Services Ltd Yayınları 18. Alternatives to Glass Mineral Wool, 2004, Mott MacDonald
19.Optimum Design of Composite Cladding Panels, J.M. Davies
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