Brevet FR2337703A1 — publié le 19770805

La présente invention concerne un matériau d'isolation et plus particulièrement un matériau d'isolation thermique et phonique comprenant une structure de laine minérale entrelacée avec un certain nombre de fibres organiques inin$1asmables, sensibles à la chaleur, qui lient ensemble les fibres de laine minérale, conduisant ainsi à un matériau d'isolation présentant une épaisseur et une densité prédéterminées et une résistance uniforme à la traction Les matériaux d'isolation thermique et phonique, d'après les brevet des Etats-Unis dlAmérique n" 2 579 035, 2 598 102, 2 612 162, 2 633 433 et 3 144 376, comprennent une structure de fibre de verre dans laquelle les couches semblables à du feutre sont liées ensemble par un liant résineux, soit thermodurcissable, soit thermoplastique, en fonction des caractéristiques envisagées pour le matériau d'isolation. Les fibres minérales sont disposées en "intertissage" et forment une couche fibreuse présentant une densité et une épaisseur. prédéterminées. La formation de la structure de feutre à partir des fibres de laine minérale est suivie de l'application d'une résine thermodurcissable sur les couches fibreuses. Les résines sont généralement appliquées sous forme d'une solution aqueuse d'une résine liquide thermodurcissable soluble dans lteau, d'une dispersion aqueuse d'une résine thermodurcissable insoluble dans liteau, ou sous une forme sèche, pulvérulente, finement divisée. Les liants et résines thermodurcissables utilisés le plus souvent pour matériaux d'isolation du type feutre sont les résines phénol-formaldényde, resorcinol-formaldéyde, urée-formaldéhyde et furfuralformaldéhyde. La masse composite constituée des couches de fibres inorganiques feutrées contient un liant non durci réparti dans les fibres, et est placée dans un four où l'on soumet à la température de 8urcissement, qui est de préférence de tordre de 200 à 2600C environ, et ce durant un certain temps déterminé- à l'avance. Lorsque la masse composite sort du four on lasse refroidir et durcir à la température ambiante. L'utilisation de résines thermodurcissables comme liants des fibres inorganiques de la masse feutrée conduit à un risque physiologique durant l'application du liant. En effet, durant cette opération, et en particulier lorsqu'on utilise des liants à l'état sec, pulvérulent, ou en pulvérisation liquide, on perd jusqu'à 10 % du produit qui est dispersé dans l'atmosphère.De plus, le produit qui n'est pas dispersé dans l'air et est éliminé à l'état liquide est fréquemment rejeté. I1 forme alors un polluant de'l'eau. Dans le cas de l'utilisation d'une émulsion aqueuse de la résine thermodurcissable insoluble dans l'eau à l'état liquide, l'émulsion est cassée lorsqu'on la rejette en tant que produit résiduaire, et les sous-produits du liant résineux peuvent contaminer les systèmes dgalimentation en eau potable. De plus, il se produit une certaine vaporisation durant le durcissement. A ce niveau, la perte peut être de 5 à 10 % supplémentaires > et cette perte s'ajoute à celles résultant de l'étape d'application du liant.Pour compenser ces pertes, on doit appliquer le liant résineux en excès, pour assurer une adhérence minimale dans. la masse feutrée. En dehors de la formation d'articles isolants par application d'une résine (liant) sur des fibres minérales non tissées, or. a également proposé, comme cela est indiqué dans le brevet des Etats Unis d'Amérique n" 3 660 222, d 'imprégner des fils de fibres de polyester synthétiques par un liant du type résine. Les tissus fibreux sont fabriqués par une technique classique de cardage ou de garnettage. Le tissu fibreux reçoit par pulvérisation le liant résineux que lton durcit pour obtenir un stratifié de fibres de polyester. Cependant, des pertes se produisent et il y a formation de polluants lors de la pulvérisation. On recherche donc un matériau d'isolation thermique et phonique fabriqué par imbrication de fibres minérales avec formation dtun élément feutré dans lequel les fibres sont liées ensemble en un matériau isolant fibreux composite présentant une densité et une épaisseur prédéterminées, et de résistance à la traction pratiquement uniforme. On a proposé. dans la technique antérieure de lier les couches fibreuses par application d'un liant résineux à l'état liquide ou pulvérulent, ce qui conduisait à une perte importante de liant lors de l'application et du durcissement. De plus, le durcissement doit être effectué au-dessus de 200"C, ce qui conduit à des risques de pollution de l'airs et de liteau, et à des risques physiologiques. L'invention propose un matériau d'isolation comprenant une couche comprimée d'un matériau fibreux inorganique. Un grand nombre de fibres synthétiques organiques sensibles à la chialeur, de dimension prédéterminée, sont intimement mélangées à la couche de matériau fibreux inorganique. Ces fibres organiques sensibles à la chaleur sont mécaniquement imbriquées dans les fibres du matériau fibreux inorganique avec formation d'un élément composite isolant lié. Cet élément composite isolant lié présente de nombreux interstices dans toute la masse, en raison de l'imbrication des fibres inorganiques et des fibres organiques Le matériau fibreux inorganique est choisi parmi la laine de verre, la laine minérale et l'amiante. Les fibres minérales sont intimement mélangées à 11aide d'un mélangeur classique avec un grand nombre de fibres synthétiques organiques sensibles à la chaleur. Le mélange des fibres synthétiques organiques et des fibres inorganiques est envoyé vers une machine de cardage au une machine garnett, et l'on obtient une imbrication mécanique des fibres en un élément composite isolant d'épaisseur et de densité prédéterminées.Un certain nombre d'éléments composites ainsi fabriqués peuvent former un stratifié de fibres Inorganiques imbriquées avec des fibres synthétiques organiques sensibles à la chaleur. Les fibres synthétiques organiques sensibles à la chaleur comprennent des fibres ininflammables choisies parmi les fibres de polymère de chlorure de vinylidène, de polyéthylène, de polystyrène, de copolymères du styrène, de polyacrilonitrile, de polyamide, de chlorure de polyvinyle, et d'acétate. Les fibres présentent une longueur comprise entre environ 3,18 et 38,10 mm, et peuvent âtre imbriquées avec les fibres inorganiques par une aiguilleteuse. L'élément composite contenant les fibres organiques sensibles à la chaleur et les fibres inorganiques est comprimé au cours de cette opération, l'air est éliminé et la résistance mécanique de lSélément composite est augmentée vis-à-vis d'un phénomène de déstratification ou de dissociation.L'adhérence entre les fibres organiques et les fibres inorganiques améliore la cohésion de la masse, qui est pratiquement uniforme dans la totalité du matériau isolant composite. Après le passage à la machine de cardage ou à la machine garnett, et à l'aiguilleteuse, si on le désire, on soumet le produit à un traitement de retrait. On soumet à la chaleur radiante, à de la vapeur surchauffée, ou à de la chaleur réfléchie, par exemple, à une température comprise entre environ 100 et 150je durant une période s'étendant sur 1 à 3 minutes environ. Le matériau fibreux subit une nouvelle compression grâce au retrait contré des fibres synthétiques organiques sensibles à la chaleur. De cette manière, l'épaisseur du matériau isolant et donc sa densité sont contrlées, et l'on obtient l'effet souhaité d'isolation phonique ou thermique. Un objet principal de l'invention est donc de proposer un matériau d'isolation consistant en une couche comprimée de fibres inorganiques liées ensemble par imbrication avec un grand nombre de fibres organiques synthétiques sensibles à la chaleur. Un autre objet de l'invention est de proposer un matériau isolant formé à partir d'un certain nombre de couches fibreuses inorganiques formant une masse feutrée, les couches élémentaires étant liées ensemble par imbrication avec des fibres organiques synthétiques. Un objet de l'invention est encore de proposer un matériau d'isolation feutré d'épaisseur et de densité prédéterminées, comprenant un certain nombre de couches fibreuses inorganiques liées ensemble par un liant fibreux inorganique, le procédé de fabrication ne produisant pas de polluants et ne conduisant pas à des pertes importantes. Un objet de l'invention est également de proposer un matériau d'isolation fibreux inorganique contenant un certain nombre de couches feutrées élémentaires liées ensemble par des fibres synthétiques organiques, ce qui élimine la nécessité d'un liant résineux et donc élimine les pertes en ce matériau et la libération de polluants provenant du liant résineux. D'autres caractéristiques et avantages de lînven- tion seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre et en se référant aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente une vue en coupe en élévation, de côté, du matériau isolant composite et montre le mélange des fibres organiques avec la couche de matériau fibreux inorganique; - la figure 2 représente une vue en coupe semblable à la figure 1, montrant les fibres synthétiques organiques sensibles à la chaleur mécaniquement imbriquées dans la couche de matériau fibreux inorganique; - la figure 3 représente une vue en coupe d'un matériau isolant composite montrant les interstices formés lors de l'application de la chaleur et du retrait correspondant des fibres synthétiques organiques sensibles à la chialeur, avec liaison supplémentaire des fibres organiques;; - la figure 4 représente schématiquement le procédé de fabrication de ce matériau synthétique composite par association du matériau fibreux inorganique et des fibres synthétiques organiques sensibles à la chaleur. Les figures annexées, et en particulier les figures 1 à 3 représentent un matériau isolant composite 10 qui comprend une couche non tissée d'un matériau fibreux inorganique 12 d'épaisseur prédeterminée La couche 12 peut comprendre plusieurs couches élémentaires feutrées d'un matériau inorganique fibreux, chaque couche étant fabriquée de manière classique par cardage, garnettage, enroulement coisé, dépôt à l'air, et analogues. Ces techniques seront décrites ci-apros plus en détail. La couche composite 12 est de préférence constituée de laine de verre; de laine minérale, de fibres de verre, de fibres d'amiante et analogues.Un certain nombre de ces couches feutrées élémentaires peuvent être imbriquées pour donner la couche fibreuse inorganique 12 d'épaisseur, longueur et largeur prédéterminées. La couche 12 comprend un certain nombre de fibres synthétiques organiques sensibles à la chaleur 14, mélangées intimement avec les fibres inorganiques, par malaxage,avant la formation de la couche fibreuse 12. Les fibres 14 sont des fibres ininflammables choisies parmi les fibres de chlorure de polyvinylidène, de polyéth ylène, de polystyrène, de copolymères du styrène, de polyacrilonitrile, de polyamide, de chlorure de polyvinyle, et de polyacétate. Les fibres 14 présentent de préférence une longueur comprise entre 3,18 et 38,10 mm et présentent un denier déterminé à lavance, qui conduit à la densité apparente choisie pour les fibres inorganiques sensibles à la chaleur, en fonction des applications isolantes envisagées pour le matériau composite 10.La concentration en volume des fibres organiques 14 mélangées aux fibres de la couche 12 dépend également des exigences d'isolation envisagées pour le matériau composite 10, et cette concentration est généralement comprise entre environ 2 et 10 %, de préférence entre environ 3 et 5 %. Avant la formation de l'élément composite fibreux 10, les fibres organiques sensibles à la chaleur sont intimement mélangées avec les fibres inorganiques, par exemple par malaxage, pour donner un mélange de fibres organiques uniformément réparties dans la masse des fibres inorganiques. Le mélange est alors mis sous forme d'une feuille de feutre tridimensionnelle par cardage ou par passage dans une machine garnett des fibres dans lesquelles les fibres 14 sont imbriquées de manière statistique (dans la couche 12 fibreuse de matériau inorganique). Comme indiqué ci-dessus, le matériau isolant composite de fibres organiques et inorganiques peut présenter une épaisseur et une densité variables en fonction du nombre de couches élémentaires assemblées par une technique classique '1d'enroulement croisé" (ou "cross-lapping"). Pour augmenter la résistance à 1a traction du matériau isolant composite, les fibres 14 peuvent être orientées sélectivement dans la couche 12, comme illustré sur la figure 2, par passage dans une machine de feutrage à aiguilles. Ces machines sont connues, et consistent en un panneau portant des aiguilles barbelées, animé d'un mouvement alternatif. Le matériau isolant 10 est introduit horizontalement entre les panneaux animés d'un mouvement vertical alternatif, les aiguilles barbelées pénètrent par les surfaces horizontales 16 et 18 du matériau composite 10, et alignent dans la direction perpendiculaire un nombre important de fibres organiques 14, dans la couche 12, ce qui réalise 17 imbrication mécanique des fibres de la couche 12 et des fibres 14. Ainsi, le matériau composite 10, qui convient alors particulièrement pour l'isolation phonique, présente une résistance suffisante à la désagrégation et à la destratification. Les forces de liaison les plus faibles entre les couches élémentaires formant la couche 12 sont complétées par la liaison réalisée entre les couches inorganiques par les fibres 14. Par cette technique, on peut obtenir un matériau composite présentant une densité, une épaisseur et un poids convenables. Par imbrication des fibres inorganiques 12, on comprime le matériau 10 ce qui réduit son épaisseur et augmente sa densité. On peut ainsi obtenir pour le matériau 10 les propriétés recherchées. La résistance du matériau composite 22 est améliorée par un traitement de stabilisation au cours duquel on compresse de nouveau le matériau, et on le renforce, par un traitement thermique. De préfirence, le matériau 22 est soumis à un traitement thermique entre environ 100 et 1500C durant de 1 à 3 minutes. En conséquence, les fibres organiques 14 sensibles à la chaleur subissent un retrait et entrainent le matériau fibreux inorganique, comme illustré sur la figure 3, avec formation d'un matériau composite isolant dense présentant de nombreux orifices ou interstices 24 formés entre les couches de fibres organiques et dans ces couches. Le pourcentage de retrait est contré par la température et la vitesse de chauffage. On peut ainsi obtenir un retrait de 40 à 90 % des fibres organiques 14. Avec les fibres 14 mélangées aux fibres inor ganiques, ou a lignées perpendiculairement dans les fibres inorganiques, et imbriquées avec ces fibres, par les aiguilles, le retrait des fibres 14 exerce une force de compression sur les fibres inorganiques. On obtient un matériau isolant composite stabilisé 28 présentant des interstices 24. Ainsi, les fibres inorganiques sont liées en permanence et permettent d'obtenir un matériau isolant résistant à la déstratification et à la désagrégation. De plus, par contrôle du retrait; on peut régler l'épaisseur et la densité du matériau composite 28 pour obtenir les caractéristiques souhaitées d'isolation. Le procédé de liaison des fibres inorganiques par les fibres organiques est illustré schématiquement sur la figure 4 annexée. Les fibres organiques sont mélangées initialement, à la concen tration choisie, avec les fibres inorganiques,par par une technique connue, par exemple de malaxage. Le mélange 30 est dirigé vers une machine de cardage 32 ou une machine garnett classique. Cette machine 32 permet obtenir un article non tissé continu 33 présentant une épaisseur et une largeur déterminée à l'avance. On peut assembler un certain nombre d'articles de ce type, par recouvrement "croisé!'. Ainsi, on peut augmenter l'épaisseur du matériau isolant, et éventuellement sa densité. L'enchevêtrement de fibres organiques et inorganiques représenté sur la figure 1 est envoyé par un transporteur convenable vers la machine 34 à aiguilles. Cette machine comprend deux panneaux 36 et 38 portant des aiguilles barbelées 40. Un de ces panneaux,ou ou les deux, est animé d'un mouvement alternatif comme indiqué ci-dessus. Ainsi, on réalise l'enchevetrement des fibres organiques avec les fibres inorganiques, dans une certaine direction, et l'on obtient un article 41 tridimensionnel présentant une épaisseur uniforme.Les fibres inorganiques sont fixées par les fibres organiques avec établissement d'une liaison suffisante entre les fibres ou couches inorganiques pour permettre une manipulation et empecher la désagrégation de l'article. Le matériau ainsi obtenu convient tout particulièrement comme matériau d'isolation phonique. En même temps que le traitement aux aiguilles ou en remplacement de ce traitement, on peut effectuer une compression par des cylindres pour éliminer l'air et augmenter la résistance du matériau 41, en fonction de l'utilisation envisagée. La résistance mécanique et la stabilité dimensionnelle du matériau 22 traité à L'aiguiileteuse, et représenté sur la figure 2 annexée, sont déterminées par l'arrange ment des fibres inorganiques et lBenchevêtrement avec les fibres organiques sensibles à la chaleur.La dimension des aiguilles leur nombre, et le type des barbelures, le diamètre des fibres, les caractéristiques de surface, le nombre d'aiguilles, le nombre d'aiguilles par unité de surface, et le taux de pénétration des aiguilles sont des paramètres qui sont tous contrôlés durant le traitement pour assurer la stabilité mécanique et de structure du matériau 22. On notera que ce traitement forme une étape préférée pour l'obtention d'un isolant phonique, selon l'invention, mais n'est pas essentiel pour 11 obtention d'un isolant thermique. A la suite de ce traitement à l'aiguilleteuse, pour la fabrication d'un isolant phonique et à la suite du cardage, pour la préparation d1un isolant thermique, le matériau 41 est soumis à un retrait comme illustré sur la figure 4. Le matériau 41 est introduit dans un système chauffant convenable 42 qui porte le matériau à la température choisie entre environ 100 et 150 C. Le retrait peut être effectue par une technique classique, par exemple par chaleur radiante, chaleur réfléchie, chaleur d'origine électrique, par traitement à la vapeur surchauffée, etc.. Le retrait dure d'environ 1 à 3 minutes et les fibres organiques subissent une contraction.Les fibres organiques entraînent donc ou compriment le matériau composite 41 et l'on obtient un matériau 44 composite isolant présentant les caractéristiques 'épaisseur, de densité et de masse souhaitées, et comportant un grand nombre d'interstices, comme indiqué ci-dessus. Le mélange des fibres organiques et des fibres inorganiques peut etre réalisé par floculation à l'air des fibres organiques sur le matériau fibreux inorganique. Dans ce cas, on projette les fibres organiques sur le matériau sortant du cardage. De prdférence, les fibres présentent alors une dimension inférieure à 3,18 mm (longueur). Un certain nombre de matériaux fibreux formés de cette manière peuvent être alors assemblés par une machine appropriée pour donner un matériau présentant l'épaisseur et la densité voulues. Le matériau multicouche est alors soumis au traitement dans l'aiguilîeteuse, si on le désire, et est finalement chauffé (étape de retrait) pour que l'on obtienne les propriétés souhaitées d'isolation. REVENDICATIONS 1. Matériau isolant caractérisé en ce qu'il comprend - une couche comprimée dun matériau fibreux inorganique, - un grand nombre de fibres synthétiques organiques sensibles à la chaleur, de dimension prédétermine, mélangées intimement dans ladite couche de matériau fibreux inorganique, - et en ce que lesdites fibres synthétiques organiques sensibles à la chaleur sont imbriquées mécaniquement dans les fibres de ladite couche de matériau fibreux inorganique pour former un élément composite isolant lie, - un grand nombre d'interstices étant ménagés dans la totalité de la masse composite isolante par l'imbrication dudit matériau fibreux inorganique et des dites fibres synthétiques organiques sensibles à la chaleur. 2. Matériau isolant selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend un certain nombre de couches fibreuses inorganiques feutrées les fibres synthétiques organiques sensibles à la chaleur étant imbriquées avec lesdites couches fibreuses inorganiques pour former une masse composite isolante présentant une épaisseur et une densité déterminées à l'avance. 3. Matériau isolant selon la revendication IJ caractérisé en ce que ladite couche comprimée de matériau fibreux inorganique comprend un matériau non tissé de fibres inorganiques. 4. Matériau isolant selon la revendication l caractérisé en ce que lesdites fibres inorganiques sont choisies parmi la laine de verre, la laine minérale, et les fibres d'amiante. 5. Matériau isolant selon la revendication 1 caractérisé en ce que lesdites fibres synthétiques organiques sensibles à la chaleur consistent en fibres ininflammables de polyester. 6. Matériau isolant selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites fibres synthétiques organiques sensibles à la chaleur consistent en fibres ininflammables choisies parmi les fibres de chlorure de polyvinylidène, de polyéthylène, de polystyrène, de copolymère de styrène, de polyacrylonitrile, de polyamide, de chlorure de polyvinyle, et de polyacétate. 7, Matériau isolant selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites fibres synthétiques organiques sensibles à la chaleur présentent une longueur comprise entre environ 3 18 et 38,10 mm. 8. Matériau isolant selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites fibres synthétiques organiques sensibles à la chaleur sont présentes en concentration en volume comprise entre environ 2 et 10 7, par rapport audit matériau fibreux inorganique. 9. Procédé de fabrication d'un matériau isolant caractérisé en ce qu;il comprend - le mélange d'un grand nombre de fIbres inorganiques avec un grand nombre de fibres organiques sensibles à la chaleur, ininflammables, - la compression dudit mélange pour réaliser une imbrication et obtenir la formation d'un élément composite isolant lié, et - le chauffage dudit élément composite isolant lié à une température prédéterminée pour contracter lesdites fibres organiques sensibles à la chaleur ininflammables, de manière à ce que l'article composite présente une épaisseur et une densité prédéterminées. lO. Procédé selon la revendication 9 caractérisé en ce que ladite étape de compression comprend - le cardage dudit mélange contenant les fibres inorganiques et les fibres organiques pour former un élément non tissé présentant une épaisseur et une densité prédéterminées et - le traitement à ltaiguilleteuse dudit élément non tissé pour imbriquer mécaniquement -lesdites fibres inorganiques avec lesdites fibres organiques sensibles à la chialeur, ininflamables, ce qui forme une liaison entre lesdites fibres. 11. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend le chauffage dudit article composite isolant entre environ 100 et 1500C durant environ 1 à 3 minutes.