Brevet FR2015795A1 — publié le 19700430

L'invention a pour objet des pièces-mpulées céramiques poreuses présentant une structure cellulaire à peu près homogène. Elle concerne également un procédé particulièrement avantageux de préparation de ces pièces. Les pièces moulées céramiques poreuses, telles que plaques, briques, gaines tubulaires, etc., trouvent un grand nombre d1applications, en particulier comme matériaux d'isolement à la chaleur, au froid et aux bruits. Elles se signalent par une excellente résistance aux chocs thermiques et leur préparation est peu coûteuse. Elles présentent néanmoins, comme inconvénients, que leur masse spécifique est élevée, par comparaison avec les autres matériaux isolants connus, et que les dimensions de leurs pores ne sont généralement pas constantes. Cette masse spécifique élevée, qui va approximativement de 800 à 1 000 kg/m3 pour les briques poreuses traditionnelles, a pour conséquence un coefficient de conductibilité thermique élevé et est par conséquent, désavantageux.L'absence d'uniformité des pores et, souvent aussi, l'épaisseur des parois de ceux-ci rendent possible une conduction de la chaleur relativement bonne et diminuent par conséquent l'effet isolant. En outre, on observe dans beaucoup de cas une absorption peu souhaitable de l'eau. En raison des inconvénients qui viennent d'être indiqués, l'utilisation de briques poreuses dans le domaine de l'isolement n'a pu prendre toute la plaoe qui aurait été souhaitable, ceci en particulier lorsque des caractéristiques uniformes et reproductibles sont exigées. C'est pour cette raison qu'on en est déjà arrivé à fabriquer des pièces moulées telles que gaines, plaques, briques, etc., en verre cellulaire. Les pièces moulées en verre cellulaire présentent certes pour l'essentiel des dimensions des pores uniformes et reproductibles, mais leur mauvaisecompatibilité avec le ciment limite leurs possibilités d'application.Cet inconvénient est apparu nettement en particulier dans le secteur de la construction, et il serait tres souhaitable de pouvoir disposer de pièces moulées poreuses isolantes, dont la fabrication soit peu coûteuse et les caractéristiques bien reproductibles. Le matériau devrait pouvoir être d'application aussi universelle que possible et se montrer inerte à l'égard des actions extérieures habituelles, qu'il s'agisse des intempéries, des autres matériaux de construction, comme leciment, etc. Or la Demanderesse a trouvé des pièces moulées céramiques poreuses, ayant une structure cellulaire pratiquement homogène, qui présentent les caractéristiques avantageuses qui viennent d'être indiquées. Ces pièces moulées sont caractérisées en ce qu'elles présentent des cellules qui sont de façon prédominantes en nid d'abeilles, que leur masse spécifié que apparente est inférieure à 250 kg/m3 et qu'elles sont constituées d'une argile naturelle et/ou synthétique, contenant moins de 30 % en poids de A1203, à laquelle sont éeJtuelle- nent mélangés des additifs habituels, tels que d'autres silicates, des scories, du basalte, etc., finement divisés. il est bon que les pièces moulées céramiques poreuses présentent des cellules dont le rayon moyen ne soit pas supérieur à 3 mm. D'une façon génerale, il est souhaitable qu'il n'existe aucune différence en ce qui concerne la structure cellulaire entre la surface et l'intérieur des pièces moulées céramiques. Pour un certain nombre d'applications par contre, par exemple pour l'isolement de locaux exposés à l'humidité sur une seule face contre l'action de la chaleur ou du froid,il e trèSsouhaitable que les pièces moulées céramiques poreuses présentent une surface exempte de pores, laquelle peut être soit une peau réalisée lors de la production par cuisson avec serrage ou par compression des couches externes, après la fabrication, alors que le produit est encore à l'état pyroplastique, au moyen d'un appareil approprié de type connu, soit un revêtement appliqué ultérieurement, constitué par exemple d'une matière vitreuse. La préparation des pièces moulées conformes à lain- vention peut s'effectuer d'une manière quelconque. On a cependant constaté que l'on peut préparer de façon particulièrement avantageuse des produits ayant des qualités supérieures, dont les caractéristiques sont reproductibles ex-actement, tels qu'ils sont souhaités dans le secteur de l'isolement, en comprimant en une pièce crue un mélange homogène de l'argile naturelle et/ou synthétique déjà-indiquée, dont la teneur en A12 03 est inférieure à 30 % en poids et la teneur an oxydes alcalino-terreux inférieur à environ 7 %, avec un porogène de type connu, dégageant des gaz à la température de-cuisson, puis en cuisant cette pièce crue dans un four du genre habituel, -avec augmentation du volume, et en donnant, une fois la cuisson terminée, sa forme définitive souhaitée à la pièce moulée, par compression alors qu'elle est encore à l'état pyroplasti que. Dès le pressage de la pièce crue, on élimine l'air éventuellement contenu, plus exactement l'oxygène, ce qui permet d'éviter dans une large mesure la formation de retassures et de zones internes-calcinées dans les pièces moulées. Les pièces moulées présentent par conséquent, une fois la cuisson effectuée, à peu près la même configuration que les pièces crues, mais avec de plus grandes dimensions. L'utilisation de couteux dispositifs de mise en forme devient donc superflus.Ce fait, ainsi que l'inutilité de temps de cuisson prolongés, tels qu'ils sont généralement exigés par la cuisson d'objets céramiques ont pour conséquence une diminution considérable des dépenses d'énergie, car il suffit d'apporter l'énergie nécessaire pour la cuisson des pièces moulées proprement dite. Pour la cuisson, on installe les pièces crues pressées sur un simple lit de cuisson, lequel est constitué de préférence d'une garniture déversée résistant aux hautes températures, comme le-sable, le clament, l'alumine, le kaolin pulvérisé, etc* La résistance de la garniture aux hautes températures empê- che qu'il se produise un frittage des grains entre eux, de telle sorte que la garniture reste constamment glissante, même après avoir servi assez longtemps. C'est précisément cette garniture glisssante qui permet une augmentation uniforme des dimensions de la pièce crue au cours de la cuisson, si bien que ladite pièce crue pressée conserve pratiquement sa forme initiale après que la cuisson a été réalisée. La température constamment uniforme du lit constitue elle aussi un avantage. Après la cuisson; on peut, soit retirer immédiatement la pièce moulée pour l'utiliser directement, soit, lorsque des- exigences particulières sont posées en ce qui concerne les dimensions, la régulariser de nouveau pàr pressage, alors que pièce moulée se trouve encore à l'état pyroplastique, au moyen d'outils de formage agissant pendant une courte durée. Il y a intérêt à ce que la température de la couche de la pièce moulée entrant en contact avec ltoutil de formage soit ramenée, grâce à l'action refroidissante de celui-ci, en-dessous de la limite de température de plasticité, et que la Cou- che en question se trouve ainsi stabilisée. Selon un autre mode de réalisation très avantageux du procédé de l'invention, on dispose la pièce crue dans le four sur une masse fondue qui joue le rôle de lit de cuisson. La matière constituant la masse fondue doit être-choisie de telle manière que sa température de fusion soit inférieure à la température de cuisson. En fonction de la nature de la matiè -re de départ servant à la fabrication de la pièce moulée à cui-re, cette masse fondue peut être constituée d'un verre ou d'un métal * Grâce une combinaison-appropriée de la matière -première de la pièce. moulée céramique et de la-matière constituant la msse fondue, on peut réduireàunminimum le mouillage et, par conséquent, l'entraînement de-la-matière constituant la- masse fondue hors- du four de cuisson.L'utilisation d'une masse fondue comme support pour les pièces moulées céramiques dévant subir la cuisson assure un très bon transfert de la chaleur du support vers la pièce-moulée, et, de plus, l'effort de poussée nécessaire pour déplacer la pièce moulée dans le four de cuisson est peu inportant, si bien que le-.déplacement n'entraîne pas d'altération de la-structure cellulaire pyro plastique.Selon une variante de cet avantageux mode de mise en oeuvre du procédé, le mouillage par la masse fondue de la pièce nsulée cuite détermine la formation d'une -peau qui améliore les caractéristiques de la surface de ladite pièce moulée. Cette-peau faisant partie du produit peut aussi être obtenue par combustion duporogène, ou, comme il a été indiqué plus haut, par une compression adéquate de-la surface de la pièce poreuse encore à l'état pyroplastique, ce qui assure à la pièce moulée une constitution homogène. Par rapport aux procédés antérieurement -connus, permettant de préparer,-par exemple, des argiles poreuses, le procédé conforme è l'invention présente des avantager; consi érables. C'est ainsi que les procédés antérieurement connus ne permettent pas d'obtenir des cellules-pratiquement en nid d'abeilles, ni, surtout, d'atteindre une masse- spécifique apparente peu élevée Selon un procédé connu de préparation de briques poreuses, on prépare d'abord un mélange d'argile ét de polystyrène moussé sous la forme de particules de faihles dimensions, qu'après pressage, on cuit, avec élévation très lente due la température, pour en faire des pièces mou lées.Dès le mélangeage et le pressage, il apparait des difficultés, en l'espèce une remontée à la surface des particules de polystyrène moussé, ou, lors du pressage, le retour de celles-ci à leur position initiale. Lors du séchage et de la cuisson qui y fait suite, il se produit facilement des fissures qui ont pour résultat des différences dans l'étanchéité à l'humidité et, par conséquent, de mauvaises caractéristiques d'isolement. il existe en outre le danger que les charges devant être brûlées ne s'agglomèrent et ne déterminent la formation de rétassures dans la pièce moulée prête. Les masses spécifiques apparentes des argiles poreuses habituelles sont, de plus, nettement plus élevées que celles des pièces moulées céramiques fabriquées conformément au procédé de l'invention. le procédé de l'invention psrnet de chauffer rapidement à la température de cuisson. il est préférable que la pièce crue ait, dès avant la cuisson, la forme qu'elle doit avoir définitivement. Dans la plupart des cas, un pressage complémentaire n'est pas nécessaire. Au cas où la pièce moulée cuite présenterait des irrégularités, il est cependant possible, sans dépenses excessives, d'amener la pièce moulée à sa forme définitive, après la cuisson, dès-que la température de la surface se trouve en dessous de la température d'adhérence, mais alors que la pièce moulée se trouve encore à l'état thernoplastique, au moyen d'outils de formage agissant rapidement, dont la température est avantageusement un peu en dessous de la température de cuisson. le refroidissement de la surface de la pièce moulée cuite, nécessaire pour l'opération de pressage ultérieure, doit aller jusqu'en dessous de la température d'adhérence son on peut le réaliser, par exemple-, en retirant la pièce moulée du four de cuisson et en l'amenant dans une zone où la température est plus basse. Grâce à l'intense rayonnement thermique de la pièce moulée, la température de la surface descend très rapidement en dessous de la température limite d'adhérence . Ce processus peut éventuellement être renforcé grâce à un refroidissement par convection. De même, on peut atteindre le degré de refroidissement nécessaire grâce à l'action de refroidissement exercée par l'outil de formage, maintenu à une température inférieure, pendant la durée du contact avec la pièce moulée.Par un réchauffement ou un refroidissement adéquats de l'outil de formage, il est possible de refroidir une épaisseur suffisante de la couche superficielle de la pièce moulée en dessous de la température limite de plasticité. Cette couche acquiert ainsi une stabilité de forme qui empêche, une fois terminée la contrainte exercée sur la pièce moulée, toute modification ultérieure de la forme de la pièce, résultant de la pression interne exercée par les gazporogènes.Il est capital, dans ces conditions, que lors du formage il se réalise, en même temps que la formation d'une croûte douée de stabilité dimensionnelle, une surpression à l'intérieur de la pièce moulée, laquelle s'oppose aux altérations de la structure cellulaire lors du refroidissement ultérieur de l'intérieur de la pièce, ce qui permet de réduire considérablement la durée du temps de stabilisation. Les pièces moulées céramiques conformes à la-présente invention, qui présentent une structure cellulaire.prati- quement homogène et, pour la plus grande partie, en nid d'abeilles, sont essentiellement constituées d'argiles naturelles et/ou synthétiques comportant moins de 30 % en poids deÂl2O3 et moins d'environ 7 % d'oxydes de métaux alcalinoterreux, et correspondant à une montre fusible de numéro inférieur à 20. Grâce à leur masse spécifique apparente inférieure à 250 kg/m3, elles sont d'une utilisation plus universelle que les briques poreuses habituelles, dont la masse spécifique va généralement de 800 à 1 000 kg/m3. Les pièces moulées céramiques se signalent, en plus d'une action isolante particulièrement bonne, par le fait qu'elles sont compatibles avec le ciment et qu'elles assurent une adhérence durable, par exemple, avec les murs de ciment; de plus, contrairenent auEcas du verre et de la mousse de verre, il n'y a pas à craindre de gonflement par les agents alcalins. En raison de la structure cellulaire particulière, en grande partie fermée, l'absorption de l'eau est faible. On peut la réduire encore an conduisant l'opération de manière appropriée ou en appliquant un parement superficiel sous la forme d'une peau constituée de la même matière ou d'une autre, comme le verre, etc. La formation de retassures, si redoutée dans les procédés antérieurs, ne se produit pas dans les pièces moulées de l'invention.Par comparaison avec les matériaux isolants antérieurs, obtenus par frittage et/ou collage de grenailles expansées; les pièces moulées conformes à l'invention offrent l'avantage d'assurer une structure absolument homogène. Avant la cuisson, on mélange l'argile naturelle et/ou synthétique définie plus haut, de manière connue, avec des agents porogène, en particulier des huiles, la lessive sulfitique résiduaire, la mélasse, les glycols, l'anidon-,le noir de fumée, le charbon de bois, la farine de coke, etc. Les matériaux bruts cohérents sont mélangés intimement avec l'eau et/ou les agents porogènes qui se trouvent à l'état solide ou liquide, puis moulés sur des presses, des boudineuses, des extrudeuses, etc. 'Des matières brutes non-cohérentes, pulvérulentes, telles qu'elles peuvent trouver par exemple leur application dans des cas spéciaux, par exemple des scories, des pierres pulvérisées, etc., sont mises sous forme cohérente par addition d'agents porogènes liants, comme la mélasse, le bitume, etc., ou par addition d'additifs liants, comme le verre soluble, des phosphates d'aluminium ou des phosphates alcalinoterreux, après quoi on les presse. On peut également mettre sous-forme de briquettes, par application de pressions très élevées, les matières brutes non-cohérentes, auxquelles on a jouté les porogènes. Ils reçoivent alors de préférence un additif se ramollissant à des températures inférieures à la température de cuisson, ce qui permet d'éviter l'apparition de cassures dues à la température au cours du chauffage, car l'additif se- ramollissant à une température inférieure assure la liaison. Comme additifs de ce genre, on peut utiliser des substances minérales à bas point de ramollissement, par exemple l'acide borique, le carbonate de sodium, etc., ou, de façon particulièrement avantageuse, des matières plastiques finement pulvérisées, lesquelles agissent aussi, pour certaines d'entre d'elles, comme agentspDro- gènes. Il -a déjà été indiqué que les pièces crues pressées présentent à peu près la forme finale de la pièce moulée souhaitée. Pour éviter que la pièce crue ne s'étale au hasard sur le lit de cuisson; il est nécessaire qu'à la température de cuisson adoptée, la viscosité de la matière chauffée reste suffisamnent élevée pour qu'il ne se produise pas une désa grégation de la pièce par fluage. La pression des gaz porogènes doit être assez forte pour assurer, ma-lgré cette exigen ce restrictive, un relâchement de la matière jusqu'à réalisation de la structure cellulaire indiquée. Grâce à lXadjonction au matériau brut d'additifs appropriés, que des essais simples permettent de déterminer pour chaque cas individuel, on peut ajuster cette viscosité de telle manière que toutes les exigences puissent- être satisfaites. Pour augmenter la visco sité, on peut ajouter, par exemple, des composés ayant une teneur élevée en Al203 ou en SiO2. On obtient un abaissement de la viscosité, par exemple en ajoutant des fondants, ayant une teneur élevée en agents alcalins, Fe2O3, CaO ou MgO. REVENDICAUIONS- 1 - Des pièces moulées céramiques porteuses, ayant une structure cellulaire pratiquement homogène, caractérisées en ce qu'elles présentent des-cellules qui sont, de façon prédominante, en nid d'abeilles, que leur masse spécifique apparente est inférieure à 250 kg/m3 et qu'elles sont constituées d'une argile naturelle et/ou -synthétique contenant moins de 30 % de Al203, à laquelle sont éventuellement mélangés des additifs habituels, tels que d'autres silicates, des scories, du basalte, etc., finement divisés. 2 - Des pièces moulées céramiques poreuses, telles que spécifiées à la revendication 1), caractérisées en ce que le rayon moyen des pores est au plus égal à 3 mm. 3 - Des pièces moulées céramiques poreuses, telles que spécifiées aux revendications 1) et 2), caractérisées en ce qu'elles présentent une surface non-poreuse, laquelle peut être une peau formée lors de la production, par exemple par combustion du porogène ou par une compression adéquate des couches extérieures de la pièce moulée cuite, alors que celle-ci est encore à l'état pyroplastique, à l'aide d'un dispositif connu, ou être encore constituée d'un parement appliqué ultérieurement, par exemple une matière vitreuse. 4 - Un procédé de préparation de pièces moulées céramiques poreuses, telles que spécifiées aux revendications 1), 2) et 3), caractérisé en ce que l'on comprime en une pièce crue un nélange homogène constitué d'une argile et d'un agent porogène de type connu, dégageant des gaz à la température de cuisson, on cuit ensuite cette pièce crue au four avec augmentation de volume, puis, la cuisson une fois terminée, on confère par pressage la forme souhaitée à la pièce, alors que celle-ci est encore à l'état pyroplastique. 5 - Un procédé tel que spécifié à la revendication 4), caractérisé en ce que l'on presse la pièce crue de manière à lui donner une forme correspondant à celle qu'aura la pièce moulée définitive. 6 - Un procédé tel que spécifié aux revendications 4) et 5), caractérisé en ce que le pressage qu'on fait subir à la pièce cuite pour lui donner sa forme définitive s'effectue à l'aide d'un outil de formage agissant pendant une courte durée. 7 - Un procédé tel que spécifié aux revendications 4), 5) et 6), caractérisé en ce que la couche externe de la pièce moulée est, lors de son contact avec l'outil de formage, refroidie, grâce à l'action refroidissante de celui-ci, jusqu'en dessous de la température limite de plasticité, ce qui a pour effet de la stabiliser. 8 - Un procédé tel que spécifié à l'une des revendications 4) à 7), caractérisé en ce qu'on utilise comme support pour la pièce crue, pendant la cuisson de ladite une garniture déversée constituée d'une matière réfractaire, apte au ruissellement, par exemple du sable, du ciment, de l'alumine, du kaolin pulvérisé, etc. 9 - Un procédé tel que spécifié à l'une des revendications 4) à 8), caractérisé en ce que l'on utilise comme support de la pièce crue, pendant la cuisson, une masse fondue inerte à l'égard de la pièce, comme le sable, un métal, etc.