Brevet FR2186312A1 — publié le 19740111

La présente invention est relative à une méthode simple de préparation de matériaux feutrés en fibres métalliques ayant déåà une résistance particulièrement satisfaisante avant l'agglomération par frittage, ce qui est particulièrement adéquat pour une méthode continue de préparation. Des matériaux feutrés de fibres métalliques ou des matériaux en fibres métalliques sont connus de longtemps. Des propriétés spéciales de tels matériaux feutrés sont une haute porosité et une grande surface en combinaison avec une bonne résistance et flexibilité. De tels matériaux sont utilisés avantageusement spécialement dans les échangeurs thermiques, ou des électrodes de piles, et des aggrégats de catalyseurs parce qu'ils ont une grande surface. A cause de leur haute porosité, ils peuvent être utilisés avantageusement comme filtres et comme isolant contre le bruit. En variant la composition du matériau et le traitement des fibres, les propriétés physiques et chimiques de tels matériaux peuvent etre modifiées dans de grands proportions selon les exigences de la technique les plus variées. Malgré ces avantages particuliers, des matériaux feutrés en fibres métalliques ou matériaux en fibres métalliques n'ont été utilisés que rarement dans la technique et dans des cas particuliers, parce que la préparation de tels matériaux est très coûteuse, spécialement si une structure uniforme du matériau est exigée. Des matériaux feutrés en fibres métalliques ou des matériaux en fibres métalliques sont préparés par des nombreuses méthodes connues qui ont été empruntées à l'industrie textile ou du papier. Comme matériau de départ pour les fibres, différents filaments minces, des copeaux métalliques,des feuilles minces préparées par électrolyse, des filaments métalliques réalisés par le procédé à la cire perdue etcs ces filaments étant formés en longues fibres par cardage et autres procédés et appareils similaires utilisés dans l'industrie textile. De courtes fibres métalliques fragmentées sont traitées selon le principe aéro- dynamique ou également selon les autres méthodes utilisées dans l'industrie du papier.Dans cette dernière méthode, une suspension de fibres dans un liquide adéquat est réalisée, les fibres sont déposées sur un ruban en fils métalliques ou textiles et le liquide de la suspension est extrait. Pour des raisons techniques, la préparation de fibres métalliques a cependant été précédemment réalisée par filage. Ce qui produit uniquement des fibres de courtes longueurs de sorte que le procédé de sédimentation pour le feutrage de fibres métalliques a atteint une importance pratique. Puisque les fibres métalliques par opposition aux fibres en papier ou textiles ont un poids spécifique relativement élevé, seulement des liquides spéciaux peuvent être utilisés comme liquide de suspension, sinon une séparation des petites fibres grossières serait inévitable.Il y a fréquemment le désavantage que des tels liquides de suspension abandonnent des résidus sur les fibres métalliques dans le procédé d'agglomération ultérieur. Même le plus léger résidu de liquide de suspension ou produits de réaction tels les produits de corrosion ou de décomposition peuvent affecter l'agglomération des fibres d'une manière indésirable de sorte que des désavantages sont liés à ces méthodes connues. De plus, à cause des surfaces de fibres inégales et grossières, la formation de glomérules et de flocons est favorisée de sorte que les feutres métalliques obtenus selon le procédé de cette méthode connue sont fréquemment inégaux en ce qui concerne leurs propriétés et leur apparence. Ces difficultés peuvent être surmontées seulement avec des dépenses considérables, car cette méthode est techniquement très compliquée. D'autre part, une méthode est déjà connue dans laquelle des feutres de fibres métalliques sont formés à partir de courtes fibres métalliques en tamisant une masse de telles fibres courtes sur un support au travers d'un tamis vibrant. Les fibres qui passent au travers d'une ouverture du tamis sont déposéesJen tombant librementsur un support. Cette méthode n'est cependant pas entièrement satisfaisante, puisque avec un tamis ayant de faibles ouvertures, pratiquement uniquement les courtes et très minces fibres sont tamisées et le feutrage ne se fait pas d'une manière satisfaisante sur le support. Les fibres plus longues et plus grossières donc restent sur le tamis et la formation de flocons et de glomérules est facilitée par le mouvement vibratoire sur la surface du tamis.Si un tamis avec des ouvertures relativement grandes est utilisé dans ce procédé connu, le procédé de tamisage alors se fait très rapidement mais le dépot sur le support est inégal. Ce désavantage ne peut pas être diminué en retardant la vitesse de chute avec une quantité additionnelle d'air comme suspension gazeuse puisque, alors, les désavantages précédemment mentionnées en rapport avec le liquide de suspension seront évidents. L'invention est basé sur le problème d'éviter les désavantages des méthodes connues et de fournir un nouveau et simple procédé efficace de préparation d'un matériau uniforme et poreux à partir de fibres métalliques. Ce problème est résolu selon la méthode de l'invention par la fabrication de matériaux poreux de constitution uniforme en tamisant des fibres métalliques fragmentées sur un support porteur et en les agglomérant par frittage, si nécessaire après les avoir condensées, qui est caractérisée en ce que les fibres métalliques fragmentées sont distribuées sur un support porteur en utilisant un mouvement rotatoire et d'abord une couche de fibres est produite, une couche d'un agent liant est appliquée sur la première couche de fibres et ensuite une seconde couche de fibres métalliques est distribuée et ce procédé est repété altervativement jusqu'à ce que l'épaisseur désirée du feutre a été obtenue, ensuite le matériau obtenu. est séché, le solvant contenu dans le liant est enlevé et finalement le matériau est aggloméré par frittage, après avoir été condensé si nécessaire. Une distribution particulièrement uniforme et un matériau extrêment égal est alors obtenu avec la méthode de la présente invention, particulièrement si la distribution des fibres métalliques fragmentées est réalisée en utilisant un mouvement rotatoire, et si un traitement vibratoire ultérieur est utilisé. Dans le but d'obtenir un contrôle plus sûr, des propriétés désirées du matériau à produire, il est avantageux que les fibres métalliques fragmentées soient classifiées avant l'étape de leur distribution. Ceci peut être réalisé par tout procédé adéquat connu du spécialiste. Les propriétés utiles du matériau réalisé peuvent être changées de la manière désirée, en ajoutant au liant des pigments sous forme d'une fine poudre métallique, de poudres d'oxydes métalliques, et/ou des composés métalliques réductibles lors L'étape ultérieure de frittage. Une poudre métallique additionnelle peut être vaporisée sur l'une ou )!autre des couches de fibres métalliques durant la distribution. Les matériaux réalisés selon la méthode de l'inventiono$uneextremement bonne uniformité et ils peuvent être préparés avec la porosité désirée et toute autre propriété désirée.En réalisant la méthode selon l'invention, les fibres métalliques préparées par exemple par filage sont d'abord fragmentées dans un moulin ou dans un autre appareil adéquat utilisé pour la fragmention de fibres métalliques et sont avantageusement classifiées dans un procédé particulier selon la longueur et la section droite. La classification des fibres n'est pas entièrement nécessaire pour le procédé ultérieur de feutrage, mais on réalise un contrôle plus sûr des propriétés désirées des feutres métalliques à produire. Les fibres ainsi traitées et classifiées sont ensuite soumises à un mouvement rotatoire dans un-appareil adéquat et sont uniformément distribuées par un tamis sur un support porteur disposé à cet effet. L'étape de distribution peut être réalisée et contrôlée de la manière désirée durant la vibration ultérieure. L'appareil du tamis est en fait un tambour de distribution qui possède un couvercle formé d'une feuille perforée ou d'une toile de tamisage. Si une masse de fibres est introduite dans un tel tambour de distribution et le tambour est soumis à un mouvement de rotation, les fibres sont enlevées de la paroi du tambour et transportées dans la direction de rotation jusqu'à ce que le poids de la masse de fibres est supérieur à l'adhésion des fibres à la paroi du tambour. Les fibres individuelles sont alors libérées des blocs de fibres et tombent à travers les ouvertures dans la paroi du tambour, si nécessaire sur un tamis vibratoire et ensuite sur un support porteur se trouvant en-dessous. La perforation du couvercle du tambour n'est pas trop grande. Il est avantageux si un tambour est utilisé que la surface du couvercle ne comporte pas plus de 50% d'espace libre. Si les espaces dans le corps du tambour sont supérieurs au diamètre le plus grand des fibres, de préférence 2 à 100 fois plus grands, alors une distribution particulièrement égale et satisfaisante est obtenue. Les perforations sont également importantes de part leur forme. De préférence pour l'usage de minces, droites et courtes fibres, ayant une surface lisse, de petites ouvertures, sont utilisées tandis que pour des grosses fibres longues et courbées, ayant une surface inégale des ouvertures ayant une section droite plus grande sont préférables.Dans le cas extreme, les ouvertures peuvent avoir une section rectangulaire#peuvent être construites sous forme de fentes longitudinales. Lors des tests de distribution, il a été montré que les feuilles perforées sont le mieux réalises sous forme de toile de tamisage. Les tam bours de distribution avec des tamis ayant un diamètre d'ouverture donné distribuent très rapidement mais d'une manière inégale et si les sections droites de l'ouverture du tamis sont réduites alors les ouvertures du tamis sont trop étroites de sorte que le procédé de distribution arrive à un bouchon. Ainsi qu'il a déjàété mentionné, les fibres de départ sont soulevées à l'intérieur du tambour durant le mouvement de roation, et retombent ensuite en-dessous, ensuite le procédé de distribution proprement dit à lieu. L'étape de l'enlèvement et de la chute ne se réalise pas uniformément et d'une manière continue, mais des couches sont formées qui tombent à des intervalles de temps réguliers de la partie la plus élevée de la paroi du tambour. A l'impact de la couche interne se trouvant en-dessous comme base, la chute sous forme avalanche est retardée de sorte que le procédé de distribution se réalise de façon plus continue Une distribution très uniforme est obtenue si l'intervalle de temps est maintenu aussi petit que possible.En introduisant une espèce particulière de fibres l'intervalle de temps, entre lequel les chutes de fibres sont séparées, dépend du diamètre du tambour et de la vitesse de rotation du tambour. Si le diamètre du tambour est grand, et la vitesse de rotation est faible, alors les fibres sont transportées très hauts et les couches de fibres sortent à des intervalles relativement grands. En augmentant le nombre de révolutions, les intervalles de temps deviennent plus faibles mais le nombre de révolutions ne peut pas être augmenté d'une manière trop excessive, autrement les forces centrifuges seraient trop élevées et les fibres ne seraient pratiquement pas libérées de la paroi intérieure du tambour et la distribution ne se réaliserait pas.Si l'on utilise des plaques de guidage ou des brosses montées à l'intérieur , la vitesse de rotation peut être plus élevée. Une autre méthode très avantageuse de préparation peut être réalisée, en-dessous du tambour de distribution, sur le trajet de la chute des fibres, un tamis de vibration est inséré ou disposé. Une faible vitesse de rotation du tambour de.distribution peut alors être utilisée d'une manière satisfaisante et si nécessaire le domaine de distribution peut varier dans certaines limites pour un tambour donné, ce qui est particulièrement avantageux si seulement de petites quantités de matériaux de différents diamètres doivent être utilisées.Le tambour de distribu tion, si nécessaire en combinaison avec un tamis en vibration, et le support porteur sont déplacés l'un par rapport à l'autre, ce qui peut être réalisé par mouvement réciproque de ces appareils avec un support stationnaire ou par mouvement continu du support par exemple dans la forme d'une bande de transport endessous de l'un ou l'autre des tambours de distribution stationnaires et si nécessaire du tamis en vibration. Des couches de fibres métalliques sont formées de cette manière, qui, après un certain temps, ont une épaisseur de fibres plus ou moins élevée. Pour que un tel feutre non fritté ait une certaine résistance permettant de le manipuler avant l'agglomération par frittage, un agent liant ou adhésif adéquat est. appliqué selon la présente invention sur les couches de fibres qui sont distribuées l'une sur l'autre pour former un feutre comme il a déjà été décrit précédemment. Des liaisons entre les fibres individuelles sont donc réalisées lors de la préparation du feutre ce qui est d'une importance particulière dans le procédé ultérieur parce que ainsi est obtenu une insensibilité aux influences mécaniques extérieures. Lorsque un nombre suffisant de couches ont été distribuées et que le feutre possède donc une épaisseur suffisante, une étape d'assèchement a lieu laquelle peut être accélérée par exemple par échauffement à l'infra-rouge. Le solvant est par conséquent enlevé de l'agent liant ou adhésif. Après cet assèchement, le feutre possède une résistance suffisante pour subir un traitement mécanique réalisé avec précaution tel que par exemple une séparation par cisaillement. Le choix de l'agent adhésif utilisé dépend du cas particulier de la résistance et du type fibres métalliques utilisées et peut être déterminé par le spécialiste au moyen de simples tests ou a partir d'informations fournies par le fabricant du liant adhésif. Le choix de l'agent liant ou adhésif utilisé ne fait pas partie de l'objet de la présente invention. Dans la méthode de la présente invention, l'agent liant ou adhésif peut avantageusement comprend des pigments additionnels sous forme de fines poudres métalliques, d'oxydes métalliques ou autres composés métalliques qui sont réduits- lors de l'étape d'agglomération ultérieure. Dans le cas où les composés métalliques ne peuvent pas être réduits dans une atmosphère d'hydrogène, une addition de carbone sur l'agent liant peut être réalisée sous forme de noir de fumée, de charbon actif, ou de poudre de graphite pour obtenir la réduction désirée. Avec le dernier traitement mentionnée, le procédé d'agglomération ultérieur est facilité considérablement et la résistance résultante après l'agglomération est considérablement plus grande, que si l'agglomération était réalisée sans ces additions.De plus, dans certains cas, il est possible de maintenir une température d'agglomération par frittage de 1000 inférieure à la normale ou de diminuer la durée du frittage sans affecter désavantageusement les propriétés du feutre fibreux. Ces facteurs mènent à une économie considérable du procédé Un effet spécial de l'addition des pigments aux agents adhésifs est obtenu en ce que des constituants alliés adéquats sont appliqués aux matériaux de fibres et celui-ci est donc modifié de manière correspondante, car lors du procédé d'agglomération par frittage ultérieur ces métaux diffusent dans les fibres à la surface des fibres et donc modifintleur constitution dans des domaines très larges.Au début du procédé d'agglomération, des alliages temporaires à point de fusion bas sont formés à la surface des fibres dans beaucoup de cas de sorte que ces fibres sont soudées et agglomérées ensemble aux endroits où elles se croisent, ce qui explique partiellement l'effet de frittage des pigments ajoutés. Des pigments en céramique peuvent également être appliqués par vaporisation et ils ne sont pas réduits durant l'étape ultérieure du frittage. Il est possible selon la présente invention d'appliquer à la surface des fibres, une couche oxyde ou vitreuse, ou en émail qui lie les particules des fibres individuelles ensemble. Il est également possible de vaporiser une résine naturelle ou synthétique comme agent liant ou adhésif sur les couches de fibres métalliques distribuées sur le support. Généralement l'étape de frittage ultérieure est alors superflue parce que le feutre ainsi formé sera alors plutôt soumis à un traitement thermique pour durcir la résine liante. Puisque le liant reste dans le matériau de fibres terminé, ses propriétés physiques, mécaniques et chimiques sont alors très différentes de celles des matériaux de la forme frittée réalisée selon la présente invention. Après l'agglomération par frittage, l'adhésion, l'émail- lage ou d'autres traitements ultérieurs les matériaux en fibres métalliques préparés selon l'invention, tels que des tapis en fibres ou des feutres en fibres peuvent avoir une série complète de propriétés spéciales qui n'existent pas chez les autres matériaux. Il doit être spécialement remarqué que le poids spécifique est très bas à cause du grand volume de pores. En fonction du type de fibres utilisées, des volumes de pores de l'ordre de 98% peuvent être produits où le poids spécifique est diminué jusqu'à 2% du poids spécifique du matériau utilisé initialement. De plus, en appliquant des oxydes aux surfaces des fibres, un effet catalytique peut être obtenu. La méthode selon l'invention peut être réalisée d'une manière continue ou discontinue. Les matériaux de toute forme désirée peuvent être obtenus soit en découpant soit en traitant mécaniquement d'une autre manière des témoins préparés dans la forme du tapis ou en disposant des moules de toute forme désirée sur le support et en réalisant la distribution dans ces moules. De cette manière des matériaux de fibres poreux compliqués peuvent être préparés de la manière la plus simple. Exemple. Les fibres d'un acier de nickel-chrome 18/8 (matériau no. 14300) ayant un diamètre moyen de 0.1 à 0.2 mm et une longueur moyenne de 5 mm étaient disposées à l'intérieur d'un tambour de distribution. Le tambour de distribution possède un couvercle pourvu d'ouvertures ayant 1 mm de diamètre et sa surface consistait en 30% d'espace libre. Le diamètre du tambour était de 200 mm. Le tambour était rempli de fibres et tournait à une vitesse de 50 tours par minute. Le tambour était alors déplacé latéralement sur une feuille porteuse disposée en-dessous. Durant ce mouvement, de nouvelles fibres, étaient continuellement ajoutées dans le tambour de manière à ce qu'il était toujours plein. La feuille porteuse avait une longueur de 500 mm et une largeur de 500 mm.Après que 4 couches de fibres avaient été distribuées une solution de copolymères des résines acryliques, disponibles dans le commerce sous la marque enregistrée "Plexisol" par la firme Röhm und Haas, Darmstadt, a été vaporisée sur celle-ci. Après avoir obtenu un tapis d'une épaisseur approximative de 5 mm sur le support, la distribution a été continuée et le support avec le tapis ayant une dimension approximative de 500 x 500 mm était introduit dans une chambre de séchage. Après avoir séchée pendant une heure à une température approxima o tive de 100 C le solvant était vaporisé et le tapis avait une résistance suffisamment élevée pour être transporté sur une deuxième feuille couverte d'un agent lubrifiant. Sur cette feuille, le tapis était introduit dans un four de frittage. Le frittage est réalisé dans un gaz protecteur,sous une atmosphère dthydro- gène à environ 12500 C. La durée de séjour dans le four était de l'ordre de 2 heures à température. Les contenus étaient alors refroidis jusqu'à environ l000C. Finalement le tapis était enlevé du four. Il avait une apparence d'un blanc argenté et une résistance à la traction de environ 50 kg/cm2. Son volume des pores était de l'ordre de 85%. En interposant un tamis vibratoire entre le tambour de distribution et le support, les dimensions des tapis peuvent être variés selon les nécessités dans des limites supérieures à 400 x 500 mm jusqu'à 600 x 500 mm. Revendications. 1. Une méthode de préparation de matériaux de fibres métalliques poreuses de constitution uniforme en tamisant des fibres métalliques fragmentées sur un support porteur et en soumettant les produits à des traitements thermiques si nécessaires après condensation, caractérisée en ce que les fibres métalliques fragmentées sont distribuées en utilisant un mouvement de rotation, ensuite les différentes couches sont distribuées sur une base et sont ensuite couvertes avec un agent liant ou adhésif sur la première couche, ensuite différentes couches de fibres sont appliquées ultérieurement et ces procédés sont continués jusqu'à ceqiltépaisseur désirée du tapis résultant a été obtenue, ensuite le tapis ainsi formé est séché et le solvant présent dans l'agent liant ou adhésif est enlevé. 2. Une méthode selon la revendication caractériséeen ce que la distribution des fibres métalliques fragmentées est réalisée en utilisant un mouvement de rotation et un traitement vibratoire ultérieur. 3. Une méthode selon les revendications précédentes, caractérisée en ce que les fibres métalliques fragmentées sont classifiées avant la distribution. 4. Une méthode selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que des pigments, sous forme de fines poudres métalliques, de poudres d'oxydes métalliques et/ou de composés métalliques réductibles durant le procédé de frittage ultérieur,sont ajoutés au liant adhésif. 5. Une méthode selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée en ce que des poudres métalliques additionelles sont ajoutées à l'une ou l'autre des couches des fibres métalliques.