Brevet FR2459784A1 — publié le 19810116

La présente invention concerne des verres susceptibles d'être transformés en fibres, à l'aide d'un centrifugeur dont l'axe est orienté verticalement et dans lequel on introduit un courant de verre qui, lors de la rotation du centrifugeur, est dirigé vers la surface intérieure de la paroi périphérique du centrifugeur, dans laquelle sont ménagés une multiplicité d'orifices de manière que le verre soit projeté sous la forme de filets ou "fibres primaires" à la sortie des orifices précités. I1 est prévu des moyens pour produire un courant annulaire de gaz d'étirage à la sortie d'une chambre de combustion, ce courant annulaire étant dirigé vers le bas le long de la surface extérieure de la bande perforée de la paroi périphérique du centrifugeur de manière que les filets de verre soient étirés et les fibres entraînées vers le bas dans le courant d'étirage pour se déposer, généralement revêtues d'un liant, sur la face supérieure d'un convoyeur de réception perforé, habituellement placé de façon à constituer la paroi inférieure d'une chambre collectrice. Dans une installation particulière, il est prévu des caissons d'aspiration sous le convoyeur, de façon à faciliter la formation d'une nappe ou matelas de fibres sur celui-ci, cette nappe étant évacuée pour subir un autre traitement, un emballage, etc. Dans des systèmes de ce type, couramment utilisés, il est classique d'employer ce qu'on appelle des verres tendres, c'est-à-dire des compositions de verre qui sont con çues en particulier de façon à avoir des caractéristiques de température et viscosité permettant le libre passage du verre au travers des orifices de la paroi du centrifugeur à une température bien inférieure à celle à laquelle le matériau du centrifugeur est capable de résister sans corrosion et déformation excessives. Pour atteindre l'objectif défini ci-dessus, on incorpore habituellement aux compositions de verre utilisées des quantités appréciables d'un ou plusieurs composés du baryum, du bore ou du fluor qui ont tendance à abaisser la température de fusion, la température de dévitrification ou de liquidus et la viscosité et qui sont par conséquent efficaces pour éviter d'employer des températures de fusion du verre excessivement élevées. Des teneurs typiques en oxydes du baryum, du bore et du fluor intervenant à ltheure actuelle dans les verres utilisés sont respectivement d'environ 3 *, 6 % et 1,5 ss mais les composés du bore et du fluor qui sont couramment utilisés sont volatils aux températures de fusion adoptées dans la fabrication du verre et même, pour le fluor, aux températures de verre mises en oeuvre lors du fibrage, de sorte que pour obtenir ces teneurs, il faut introduire initialement de plus grandes quantités d'ingrédients lors de la préparation de la composition. L'emploi de quantités substantielles de ces composés se heurte donc au fait qu'ils augmentent le coût des fibres produites, car ils sont d'un prix élevé, notamment les composés du baryum. D'autre part, l'utilisation de compositions contenant ces quantités substantielles de bore ou de fluor ou même de baryum oblige à des précautions. En particulier, dans le cas du bore ou du fluor, des constituants volatils gênants sont rejetés par l'installation de production de verre en fusion et pour éviter de polluer l'atmosphère, il est nécessaire de traiter spécialement les gaz évacués en vue de séparer et d'éliminer de façon appropriée ces constituants. Enfin, les verres relativement tendres obtenus produisent des fibres qui n'ont pas toute la résistance souhaitable aux températures élevées. L'invention a en conséquence pour but de remédier aux inconvénients mentionnés ci-dessus des réalisations connues. Ainsi l'invention a pour objet d'augmenter la capacité de production d'une installation donnée d'étirage par centrifugation du type décrit, en permettant d'éliminer pratiquement certaines sources de pollution, et en fournissant la possibilité d'utiliser des compositions de verre de faible coût pour produire des fibres ayant de meilleures caractéristiques de résistance thermique. Avec des fibres produites à l'aide d'un centrifugeur classique à partir de compositions de types connus, on ne peut utiliser les produits d'isolation que dans des applications où ils sont soumis à des températures peu supérieures à 4000C. Avec des fibres produites à partir de certaines compositions selon l'invention, la température correspondante peut au contraire aller jusqu'à environ 4800C. Considérant la composition du verre, il entre dans le cadre de l'invention que cette composition puisse ne pas contenir de fluor et peu, sinon pas, de baryum et de bore. De telles compositions de verre correspondent à des verres "durs" ayant des températures de fusion et de dévitrification plus élevées qui nécessitent l'emploi d'une température de fibrage relativement haute. En outre, ces nouvelles compositions de verres, qui ont l'avantage de ne pas contenir de composés du fluor et même d'être pratiquement exemptes de bore et/ou de baryum, sont particulièrement avantageuses car elles sont économiques et pratiquement non polluantes. Les nouvelles compositions évoquées, qui ont des températures de fusion et de dévitrification relativement élevées, permettent également de produire des fibres ayant de meilleures caractéristiques de résistance à la température.En conséquence, les produits d'isolation thermique fabriqués à partir de ces nouvelles compositions de verre peuvent être utilisés en toute sécurité dans des applications où l'isolation est soumise à des températures élevées, de l'ordre de 450 à 500oC, à comparer avec la température d'environ 4000C que supportent des produits d'isolation formés de fibres constituées de différents verres tendres connus. Les compositions des verres préférés pour la mise en oeuvre de l'invention caractérisée par les différentes propriétés indiquées ci-dessus vont être mises en évidence dans la suite. Avant de définir spécifiquement ces compositions, il faut rappeler que dans les conditions classiques la viscosité était de l'ordre de 1000 poises à la température de fibrage. On recherchait ainsi une température supérieure de dévitrification aussi faible que possible qui ne pouvait être obtenue que grâce à l'apport de composés du fluor ou encore de composés du bore et du baryum. Certains verres selon l'invention peuvent atteindre une viscosité de l'ordre de 5000 poises à la température de fonctionnement du centrifugeur, température de tordre de 1030 à 10500C, c'est-à-dire à peine supérieure à la température du liquidus des verres mis en oeuvre. On trouvera ci-dessous des indications concernant cette mise en oeuvre. Toutes les compositions y sont exprimées en parties pondérales, omission faite des impuretés non dosées et à la précision d'analyse près. Dans le tableau I sont indiquées les compositions de huit verres différents avec leurs principales caractéristiques TABLEAU I COMPOSITION 0 1 2 3 4 5 6 7 SiO2 66,90 63,15 62,60 62,70 61,60 63,45 62,10 60,30 Al2O3 3,35 5,05 5,20 5,15 5,90 5,25 5,85 6,35 Na2O 14,70 13,20 15,15 15,20 13,80 14,95 14,55 14,95 K2O 1,0 2,10 2,30 2,30 2,45 2,25 2,70 2,65 CaO 7,95 5,90 5,25 5,50 5,95 5,40 5,75 6,25 MgO 0,30 2,65 3,35 3,35 2,60 4,00 2,75 2,40 BaO traces 2,90 4,85 2,70 3,20 traces traces traces MnO 0,035 2,00 traces 1,50 3,05 3,00 3,40 2,90 Fe2O3 0,49 0,78 0,79 0,85 0,89 0,84 1,88 3,37 SO3 0,26 0,55 0,50 0,52 0,45 0,51 0,40 0,36 TiO2 traces traces traces traces traces traces traces traces B2O 4,9 1,50 traces traces traces traces traces traces VISCOSITE # T(log#=2) C 1345 1416 1386 1403 1410 1402 1405 1395 T(log#=2,5) C 1204 1271 1249 1264 1270 1265 1266 1257 T(log#=3) C 1096 1161 1141 1156 1158 1160 1158 1150 T(log#=3,7) C 975 1042 1028 1038 1042 1045 1038 1030 DEVITRIFICATION Liquidus C 970 1020 960 1015 1015 1040 1020 1025 Vitesse maximale m/mn 0,93 0,52 0,30 0,46 1,1 0,40 1,08 1,96 A la tempé rature de C 855 900 840 800 900 880 915 920 RESISTANCE CHIMIQUE (DGG) Attaque à l'eau mg 13,6 10,8 16,5 16,8 11 16,4 12,86 14,9 Alcalinité mg résiduelle Na2O 4,6 3,6 5,9 5,9 3,6 4,8 4,9 Les compositions chimiques figurant dans ce tableau sont des résultats d'analyse d'échantillons donnés à titre d'exemple. Il est évident que ces chiffres sont pour l'homme de l'art à prendre avec des dispersions pouvant atteindre + 5 % environ résultant des erreurs inhérentes à la précision des dosages chimiques et des pesées de la composition et également des phénomènes dus à la constance et à la volatilisation de certaines matières premières. Le tableau II suivant donne la gamme des compositions pondérales correspondant aux verres susceptibles d'être transformés en fibres selon l'invention TABLEAU II A B C VERRES AU MANGANES FOURCHETTE COMPOSANTS GENERALE VERRES AU VERRES AU BARYUM FER SiO2 59 - 65 59 - 65 60 - 64 Al2O3 4 - 8 4 - 8 5 - 6,5 Na2O 12,5 - 18 12,5 - 18 14,5 - 18 K2O 0 - 3 O - 3 0 - 3 R2O=Na2O+K2O 15 - 18 15 - 18 16 - 18 Al2O3/R2O 0,25 / 0,40 0,25 / 0,40 ( 0,25 / 0,40) CaO 4,5 - 9 4,5 - 8 5 - 9 MgO O - 4 0 - 4 O - 4 MgO/Cao O / 0,75 0 / 0,75 0 / 0,75 MgO+CaO | 7 - 9,5 7 - 9,5 8 - 9,5 MnO O - 4 1 - 3,5 1,5 - 4 BaO O - 5 2 - 3,5 traces Fe2O3 0,1 - 5 0,1 - 1 0,8 - 3,5 MnO+BaO+Fe2O4 3,5 - 8 4 - 8 3,5 - 6,5 B2O3 0 - 2 0 - 2 traces Divers #1 #1 #1 dont SO3 #0,6 #0,6 #0,6 On préfère cependant, à l'intérieur de cette gamme employer pour les fibrer des verres conçus spécialement pour maintenir l'équilibre entre la viscosité d'une part, la température de dévitrification et la résistance à l'eau d'autre part, équilibre particulièrement difficile à obtenir avec les compositions de verres antérieures. Ces verres répondent en particulier aux compositions au manganèse du tableau Il, colonnes B et C. La colonne B correspond à des verres qui renferment de faibles quantités de bore et dans lesquels on incorpore aussi d'assez faibles quantités de baryum. La colonne C correspond à des verres au manganèse, plus riches en fer, tels les verres 5, 6 et 7 du tableau I, de la composition desquels on a exclu tout apport volontaire de baryum et de bore, bien qu'il soit naturellement possible d'admettre au moins des traces de ces derniers éléments. REVENDICATIONS 1. Verres susceptibles d'être transformés en fibres, caractérisés par la composition chimique pondérale suivante Eléments Gammes SiO2 59 - 65 Al2O3 4 - 8 Na2O 12,5 - 18 KO 0 - 3 R O-Na2O+K20 15 - 18 Al2O3/R2O 0,25 / 0,40 CaO 4,5 - 9 MgO O - 4 MgO/CaO O / 0,75 MgO+CaO 7 - 9,5 MnO O - 4 BaO O - 5 Fe203 0,1 - 5 MnO+BaO+Fe2O3 3,5 - 8 B2O3 0 - 2 Divers i dont SO3 # 0,6 2.Verres suivant la revendication 1, caractérisés par la composition chimique pondérale suivante Eléments Gammes SiO2 59 - 65 Al2O3 4 - 8 Na2O 12,5 - 18 KO O - 3 R2O=Na2O+K2O 15 - 18 Al2O3/R2O 0,25 / 0,40 CaO 4,5 - 8 MgO O - 4 MgO/CaO O / 0,75 Eléments Gammes MgO+CaO 7 - 9,5 MnO 1 - 3,5 BaO 2 - 3,5 Fe2O3 0,1 2 3 0,1 MnO+BaO+Fe2O3 4 - 8 B23 0 - 2 Divers # 1 dont SO3 # 0,6 3.Verres suivant la revendication 1, caractérisés par la composition chimique pondérale suivante Eléments Gammes SiO2 60 - 64 Al2O3 5 Na2O 14,5 - 18 K2O 0 - 3 R2O=Na2O+K2O 16 - 18 Al2O3/R2O ( 0,25 / 0, 40) Cao 5 - 9 MgO O - 4 MgO/CaO O - 0,75 MgO+CaO 8 - 9,5 MnO 1,5 - 4 Fe2O3 0,8 - 3,5 MnO+Fe203 3,5 - 6,5 Divers i dont SO3 # 0,6 4. Verres suivant la revendication 3, caractérisés par la composition chimique pondérale suivante, avec une tolérance pouvant atteindre 5 % : Eléments Gammes SiO2 63,45 Al2O3 5,25 Na2O 14,95 Eléments Gammes KO 2,25 CaO MgO 4 MnO 3 Fe O 0,84 23 SO3 0,51 5. Verres suivant la revendication 3, caractérisés par la composition chimique pondérale suivante, avec une tolérance pouvant atteindre 5 % : Eléments Gammes SiO2 62,1 Al O 5,85 23 Na2O 14,55 KO 2,7 CaO 5,75 MgO 2,75 MnO 3,4 Fe2O3 1,88 SO3 0,4 6. Verres suivant la revendication 3, caractérisés par la composition chimique pondérale suivante, avec une tolérance pouvant atteindre 5 % : Eléments Gammes SiO2 60,3 Al2O3 6,35 Na2O 14,95 KO 2,65 CaO 6,25 MgO 2,4 MnO 2,9 Fe2O3 3,37 23 S03 0,36 7. Fibres produites à partir de verres ayant une composition chimique pondérale caractérisée selon l'une des revendications 1 à 6.