Brevet FR2220739A1 — publié le 19741004

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'éléments élastiques, résistants, poreux et alumineux et qui présentent des propriétés dtisolation thermique, qui conviennent en particulier pour l'industrie du bâtiment mais qui peuvent également convenir pour d'autres applications. On sait que des matériaux ou éléments poreux peuvent etre fabriqués à partir de particules appropriées par soudure, par exemple par frittage de matériaux en grains à la température de la fusion débutante. Comme pour les matériaux poreux obtenus par gonflement} les propriétés mécaniques sont peu satisfaisantes. I1 est également connu, d'après le brevet américain 2 271 845, de chauffer des particules d'argile, de céramique, de sable quartzeux ou d'autres minéraux fusibles en suspension pendant une durée telle et avec une intensité telle que seulement leurs surfaces fondent. Après quoi, les particules encore en suspension ou non sont mises en contact les unes avec les autres,se soudent aux points de contact et forment après refroidissement des masses poreuses résistantes. Dans ce procédé, on obtient des produits de porosité élevée possédant les propriétés qui en découlent de légèreté et d'isolation thermique et phonique. On doit cependant touSours utiliser des particules de même taille afin de ne pas diminuer la porosité par introduction de petites particules dans les lacunes entre les grosses particules. Cela est également vrai pour le procédé décrit dans le demande allemande (ler fascicule) 1 471 408 dans laquelle on n'utilise que des particules qui sont gonflées à chaud sous forme de corps creux. Gràce à la présente invention, il est possible de fabriquer des matériaux qui conviennent pour un grand nombre de domaines d'application et en particulier pour l'industrie du btiment, cette fabrication permettant l'utilisation intéressante de déchets. Elle part du fait que dans les procédés connus une granulation uniforme des particules est nécessaire, par exemple on obtiendrait une mauvaise qualité du produit final dans le cas dXune granulation non uniforme, étant donné que lors d'une introduction de particules non uniformes les plus petites particules resteraient plus longtemps dans la zone de chauffage et fondraient totalement, de sorte qu'il se formerait des éléments rigides ayant une résistance à la rupture en partie plus faible. L'invention a pour but de fournir un procédé de fabrication de matériaux qui par leur structure particulière résistent à l'écrasement et conservent leur forme mais en plus présentent une plus grande élasticité en flexion que les substances de départ, qui par le volume des pores présentent une faible densité et volume utile important en comparaison des substances de départ, qui peuvent ètre fabriquées à partir de substances largement disponibles et qui ne sont pas combustibles, par exemple les silicates, ou qui le sont, par exemple les matières plastiques. Ce but est atteint selon l'invention par un procédé qui repose sur un principe de liaison dit d'enchaînement élastique. Ce procédé est caractérisé en ce que des particules sous forme de grains ou d'écailles constitués de substances formant des masses fondes visqueuses à la chaleur sont dispersées dans une zone de chauffage sur un substrat ou support, dans laquelle aussi bien le temps de séjour que le chauffage sont réglés par la vitesse de déplacement et les dimensions de la zone de façon que les particules se recouvrent d'une couche fondue sans que le noyau ramollisse, et en ce qu'on laisse arriver les particules avec une vitesse telle et une succession si dense que les particules arrivant plus tard se soudent ponctuellement dans leurs couches fondues avec les particules arrivées avant et non encore solidifiées dans leurs couches fondues et forment lors du refroidissement suffisamment de points de fusion ou de soudure solides pour assurer la cohésion spatiale de la structure. On opère de préférence de la façon suivante On effectue le chauffage des particules dans un courant de gaz chaud et on fait passer le gaz chaud dans une colonne de convection forcée dans la direction de ltécoulement des particules où il est accéléré par le rétrécissement de la colonne, de telle façon que les particules de masse plus faible aient un temps de séjour égal ou plus faible que celui des particules de masse plus élevée. Le procédé selon l'invention repose essentiellement sur le fait que les particules pendant leur passage à travers une zone de chauffage sont chauffées si rapidement et si fortement qu'elles se recouvrent d'une couche fondue sans que le noyau ramollisse. Des particules de différentes masses et de différentes résistances aérodynamiques peuvent, par l'utilisation du courant uniforme lors du chauffage dans le conduit à flamme puis par la convection forcée avec accélération du gaz, avoir des temps de séjour égaux. Après avoir quitté la zone chaude de fusion, elles heurtent un substrat ayant une forme donnée, où les particules se fondent ponctuellement. Elles forment ainsi la structure nouvelle qui après refroidissement du matériau présente les propriétés indiquées cemme cela est maintenant exposé. Dans les procédés connus, par exemple dans le cas d'un matériau en grains chaque particule acquiert un appui en trois points et par glissement dans sa position la plus basse souvent encore un autre contact avec les particules voisines. On obtient ainsi un remplissage spatial élevé et une densité élevée. Une particule à l'intérieur du matériau en grains possède au milieu au moins six contacts qui se soudent lors du frittage. La structure frittée se présente comme un réseau de tétraèdres dans lequel chaque arête est-donnée par deux points de soudure à une particule; elle est de ce fait rigide. Dans l'enchalnement élastique, qui est obtenu selon l'invention,les particules qui sont les premières arrivées formentlaoeuche de base avec les surfaces de fixation et une adhérence fable sur le substrat, par exemple une tôle d'acier dépourvue d'oxyde. Les particules suivantes se soudent aux particules sous-jacentes en des endroits aléatoires. Les couches minces fondues ne- donnent lieu qu'à un affaissement réduit, les surfaces de contact restent faibles; elles- forment les soudures ponctuelles indiquées. La viscosité des couches fondues empêche le glissement, les particules sont fixées par leurs premiers points de soudure et une partie de ces particules conserve ainsi un appui ponctuel. Une partie a, après le choc et la soudure , un moment suffisant pour basculer et donner lieu à un deuxième contact et une deuxième soudure avec la meme particule ou une particule voisine. Seule une -faible partie subit encore un deuxième retour- nement ou basculemvnt autour de l'axe formé par les deux premiers points de soudure grandement suffisant pour un troisième contact et une troisième soudure. Ainsi se forme une structure volumineuse; les dimensions des pores sont de la même grandeur que les particules, les densités sont essentiellement plus faibles et lès volumes utiles essentiellement plus grands que le volume de la masse en grains. Le transport de la chaleur à travers un matériau poreux repose sur la conduction de la chaleur dans la structure solide et sur la conduction de la chaleur par convection et diffusion de l'air des pores. La premièré partie est fortement diminuée par rapport au matériau compact par les détours et par la faite section aux points de soudure. Le transport de la chaleur par convection dépend de la grosseur des pores. I1 tombe en dessous du transport de la chaleur par diffusion, connu pour être faible, lorsque la vitesse de convection est plus faible que le temps du carré du déplacement moyen sur le diamètre des pores, ce qui se produit à environ 2 mm. Les structures frittées poreuses ont des soudures imparfaites étant donné que le chauffage général d'une masse en grains doit être effectué seulement jusqu a la température de la fusion commençante, sinon on obtiendrait une fusion. Par contre, dans le cas de l'enchaînement élastique, avec un chauffage court et non général des particules dans les couches fondues on atteint la tesn- pérature de ltétat visqueux qui assure les soudures parfaites résistant à la traction après le refroidissement. Les particules à l'intérieur de la structure présentent rarement plus de 4 points de soudure, mais en général elles pre- sentent des points de soudure avec au moins deux particules voisines et forment les maillons de la chaîne.Les sections faibles faibles vis à vis des surfaces d'appui à trois points-confèrent aux points de soudure une élasticité en flexion. Ils agissent dans la chaîne comportant des angles comme des articulations. Des particules qui ont des soudures avec plus de deux particules voisines forment des ramifications et produisent avec une répartition statistique un réseau spatial dont les mailles sont formées par les chaînes entre deux ou plusieurs particules et agissent comme des arcs élastiques. Ainsi se forme la structure élastique et en même temps résistante. Les structures obtenues avec l'une des substances de départ indiquées dépendent des paramètres du procédé; en particulier de la dimension moyenne des particules,de l'excentricité des particules, de la répartition de la taille de ces particules, de la tempégature et du rayonnement dans la zone de chauffage, des dimensions de cette zone, de la vitesse d'écoulement, de la dert sité de dispersion et de la distance de la zone de chauffage au support. Cn peut faire varier la pluPart de ces paramètres de ânière indépendante et, pour atteindre des combinaisons optimales, les expérimenter, les régler et les adapter en partie au cours du fonctionnement. L'invention est illustrée par l'exemple de réalisation suivant, à savoir l'utilisation de déchets de verre pour la fabrication de parois de construction ayant une dimension de 0,5 x 0,5 m et une masse de 6 kg. Les déchets de verre, se composant de débris de verre, de bouteilles non reprises, de bocaux à conserves, s'accumulent en grande quantité dans les zones habitées des pays industrialisés, constituent une gêne et rendent plus chers les différents types d'utilisation des déchets et ils ne peuvent être régénérés par fusion en raison des origines différentes s' accompagnant de propriétés thermiques différentes. La structure à chaîne élastique se caractérise par une grande tolérance vis à vis des différences de dilatation thermique du matériau de départ, favorisée par la faible section des soudures et l'élasticité, de sorte que à peu près n'importe quel verre participe à la formation de la structure. Etant donné qu'il est cassant, il peut être broyé facilement dans des moulins à cylindres à la grosseur appropriée, par exemple le produit qui passe au tamis ayant une largeur de maille de 2,5 mm avec une fraction faible de farine de verre. Une faible fraction de particules très petites qui fondent dans la zone de chauffage sous forme de gouttelettes ne gênent pas la formation de la structure. Pour les grosseurs de particules indiquées environ 0,25 2 g-cm s 1 de particules doivent arriver . La largeur de fente pour la dispersion à la place de production est de 8 cm. On disperse 100 g-5 1 et la durée de production de la paroi de construction est de 1 mn. Le verre forme entre 600 et 8000C une couche fondue visqueuse. En considérant la chaleur qui pénètre également dans le noyau des particules,l'enthalpie doit s'élever pour 100 g de verre à 13 kcal. Elle doit etre fournie par la combustion de gaz de ville de norme Hu : 3800 kcal Nom 3 avec la quantité exactement suffisante d'air. Dans le procédé idéal à contre-courant 3,4 1. de gaz de ville suffisent; mais, pour éviter le ramollissement du noyau, 1 t enthalpie doit être transmise rapidement lors de grandes difrécences de température et, pour assurer à peu près la même durée de séjour de particules de poids différents, un procédé à courant de meme sens est le procédé le plus simple. Lors de la dispersion on suppose que les particules tombent en chute libre, la convection forcée du courant de flamme étant vers le bas dans la colonne et la combustion étant de 12 1 s 1 de gaz de ville. Les pertes de chaleur latérales s'élément à 15 . La température des gaz de combustion à la sortie de la colonne de flamme s'élève à 13000C, le volume d'écoulement à 100 1 s 1, la vitesse de la flamme à 8 m s 1, une valeur usuelle pour les installations techniques. Le temps de séjour jusqu'à la formation de la couche fondue s'élève à 1 s. Une longueur favorable de la colonne de flamme est d'environ 2 m lorsqu'vil a une largeur de 25 cm en haut. L'accélération forcée du courant de flamme par le rétrécissement progressif compense la différence de vitesse de chute dans le courant uniforme des particules plus petites et des particules plus grosses, conduisant à la durée ce séjour égale exigée. Avec ces indications, la réalisation à l'aide de moyens techniques connus ne présente aucune difficulté. Les débris de verre sont amenés par une bande transporteuse sur un tamis à secousses en forme de poche et de là dispersés en haut de la colonne de flamme.Légèrement en dessous du tamis sont dis posés des deux côtés et recouverts deux séries de brtleurs diri gés vers le bas. Au voisinage direct de l'orifice de a colonne de flammes, dans la direction opposée au transport de la plaque, se trouve l'ouverture de la colonne de décharge conduisant vers le haut par lequel ie courant de flamme est aspiré. Le plateau est formé de segments en U en tole d'acier et est conduit avec un avancement de 5/6 cm s 1 sur une chaine à chenille. A des dis- tances de 50 cm sont disposées des parois perpendiculaires. Lors de la courbure des segments sur la roue en avant de la chaîne on obtient les plaques finies. Le plateau passe dans un tunnel qui est formé par un capot en tôle soudé aux bords des deux colonnes. La section libre est fermée des deux côtés de 1 endroit de production par une ou deux parois transversales de sorte que la convection forcée du gaz peut entre réglée par la pompe d'aspiration. Le procédé peut cotre mis en oeuvre par exemple à des tempé ratures plus élevées avec du basalte qui est un matériau présent en quantités illimitées. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'éléments thermoisolants dans lequel on fait passer des particules sous forme de grains ou d'écailles à travers une zone de chauffage jusqu a ce que les particules se recouvrent d'une couche fondue sans que leur noyau ramollisse et se soudent ensuite les unes aux autres, ce procédé étant caractérisé en ce que l'on utilise des particules constituées de substances formant à la chaleur des masses fondues visqueuses et en ce qu'on laisse arriver ces particules avec une vitesse telle et une succession si dense sur un substrat ou support que les particules arrivant plus tard se soudent ponctuellement dans leurs couches fondues avec les particules arrivées avant et non encore solidifiées dans leurs couches fondues et qu'enraison de l'état visqueux ces particules subissent non des glissements mais principalement des basculements et lors du refroidissement forment un élément résistant élastique possédant suffisamment de points de soudure résistants avec une structure à channe élastique. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on effectue le chauffage des particules dans un courant de gaz chaud et on fait passer le gaz chaud dans une colonne de convection forcée dans la direction de 11 écoulement des particules où il est accéléré par le rétrécissement de la colonne de telle façon que lespati- cules de masse plus faible aient un temps de-séjour égal ou plus faible que celui des particules de masse plus élevée.