Brevet FR2502611A1 — publié le 19821001

Matériau à base de ciment renforcé de fils de verre et son procédé de fabrication La présente invention concerne des perfectionnements apportés aux matériaux thermiquement et/ou électriquement isolants à base de ciment renforcé de fils de verre. Dans la suite de la description, on distinguera les fils (éléments de grande longueur) et les fibres (éléments de longueur moindre, voire de très faible longueur). On connait déjà, dans l'industrie électrique et l'in- dustrie du bâtiment, des matériaux électriquement et/ou thermiquement isolants, produits généralement en plaques, à base de ciment renforcé d'un matériau en fibres, telles que des fibres d'amiante, des fibres de carbone, des fi- bres de céramique, ou autres. Toutefois, ces matériaux connus présentent divers in- convénients, soit en raison de la toxicité de la matière fibreuse utilisée et des dangers qu'entraine la manipula- tion (cas de l'amiante), soit en raison de caractéristi- ques mécaniques insuffisantes des plaques ainsi obtenues pour les applications envisagées. On notera à ce sujet que des plaques ainsi constituées sont utilisées pour séparer les différents contacts de phase dans des appareils électriques tels que les contac- teurs, sectionneurs, disjoncteurs ou analogues, ce qui né- cessite de bonnes caractéristiques d'isolation électrique alliées à de bonnes caractéristiques d'isolation thermique pour résister aux arcs électriques de coupure en même temps que de bonnes caractéristiques de résistance mécani- que, d'une part, pour résister aux efforts mécaniques ac- compagnant l'apparition des arcs électriques et, d'autre part, pour pouvoir être usinées en vue de leur incorpora- tion dans l'appareillage électrique. On connaît également des matériaux à base de ciment renforcé de fibres de verre qui ont trouvé une application dans l'industrie du bâtiment. Toutefois, la fibre de verre n'est incorporée au ci- ment que sous forme de segments non ordonnés et de très courte longueur, de l'ordre de quelques millimètres. Il en résulte que les matériaux ainsi obtenus ne présentent pas des caractéristiques de résistance mécanique suffisantes pour résister aux efforts déformants engendrés par un arc électrique de coupure lorsque des plaques de ces matériaux sont utilisées dans les contacteurs ou analogues. Ce manque de résistance mécanique est encore accru par le fait que les ciments utilisés n'adhèrent pas ou adhèrent mal aux fibres de verre et que la répartition des efforts au sein du matériau est mauvaise. L'invention a donc principalement pour objet la réa- lisation d'un matériau thermiquement et/ou électriquement isolant qui satisfasse aux diverses exigences de la tech- nique mieux que ne le font les divers matériaux actuelle- ment connus, notamment en vue de la constitution de pla- ques de séparation de contacts de phase dans les appareils électriques tels que les contacteurs ou analogues, ce ma- tériau amélioré devant pouvoir offrir les mêmes possibili- tés d'usinage que les matériaux antérieurs et devant pou- voir être facilement fabriqué. A ces fins, on prévoit, conformément à l'invention, que le matériau soit constitué sous forme stratifiée ré- sultant d'une alternance de couches de ciment et de nappes de fils de verre de silione éclaté (ou fil continu filé à écailles). Les écailles des fils procurent un ancrage dans le ciment assurant une bonne répartition des efforts au sein du matériau, qui, conjuguée avec la présence de fils longs s'étendant sur toute la longueur ou la largeur des pièces ainsi constituées, conduit à des caractéristiques de résis- tance mécanique particulièrement favorables qui sont supé- rieures à celles des matériaux antérieurs. Dans un mode de réalisation préféré, les nappes de fils de verre sont constituées par un tissu de fils de verre à mailles ouvertes en fil de silione éclaté (ou fil texturé à écailles), ce tissu pouvant être à fils libres ou bien à fils liés. Le recours à un tissu à mailles ouvertes associe aux avantages précédemment énoncés les avantages supplémentai- res d'une bonne cohésion des fils (notamment lorsqu'ils sont liés) sous une épaisseur minimum (ce qui permet d'aug- menter le nombre des couches de tissu pour une épaisseur donnée de matériau, et donc d'accroître la résistance mé- canique) tout en autorisant l'écoulement du ciment dans les mailles et l'adhésion entre elles des couches succes- sives de ciment à l'intérieur des mailles, conduisant à une structure homogène du matériau. Bien entendu, le tissu peut être tissé ou bien il peut être tricoté, en particulier pour la constitution de pièces non planes (pièces de forme) présentant des courbu- res importantes. Il est avantageux que le nombre de mailles par centi- mètre carré de tissu soit compris entre environ 1 et 22, de préférence entre environ 1 et 10, le fil ayant un poids compris entre 34 tex et 600 tex. Des pièces, notamment des plaques, constituées du ma- tériau de l'invention peuvent avantageusement être fabri- quéea selon le procédé suivant: - on réalise un moule comprenant un fond bordé par un ca- dre périphérique, - on dépose dans ledit moule des couches alternées de ci- ment et de tissu de fils de verre, - et on comprime le tout sous une pression inférieure à 300 kg/cm2, de préférence comprise entre 50 et 200 kg/ cm2. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'un mode de réalisation préféré don- né uniquement à titre illustratif; dans cette description, on se réfère au dessin annexé sur lequel: - la figure 1 est une vue partielle avec arrachements d'une plaque constituée conformément à l'invention, et - la figure 2 est une vue schématique illustrant le procé- dé de fabrication de la plaque de la figure 1, conformé- ment à l'invention. Comme représenté à la figure 1, le matériau de l'in- vention.est constitué par une masse de ciment au sein 25026 Il duquel sont réparties un certain nombre de nappes de renfor- cement en fils de verre. Plus précisément, le matériau se présente sous forme stratifiée résultant d'une alternance de couches de ciment 1 et de nappes de fiJs 2. En raison de la médiocre adhérence du ciment sur les fils de verre, on prévoit, d'une part, que les fils utili- sés soient des fils de silione éclaté (ou fil texturé à écailles) qui peuvent s'ancrer dans le ciment les entou- rant et, d'autre part, que les fils de chaque nappe défi- nissent, au sein des nappes, des espaces libres de dimen- sions suffisantes pour qu'en cours de fabrication la sus- pension liquide de ciment puisse y couler et que, après durcissement, deux couches de ciment consécutives (situées de part et d'autre de la nappe considérée) soient soudées l'une à l'autre à travers ces espaces libres, de telle sorte que la nappe soit à proprement parler emprisonnée dans le ciment. Les nappes peuvent être constituées de toute façon appropriée satisfaisant aux exigences ci-dessus. Toutefois, dans le souci de simplifier la fabrication du matériau et dans le souci d'obtenir des performances maximales sur le plan de la résistance mécanique, il sem- ble qu'il y ait lieu de donner la préférence à des nappes se présentant sous forme d'un tissu de fils de verre à mailles ouvertes en fil de silione éclaté. On est ainsi assuré de satisfaire aux conditions cidessus mentionnées et en particulier l'ancrage des fils dans le ciment et la répartition des espaces libres (mailles) sont réguliers tout au long des fils. Toujours pour l'obtention d'une résistance mécanique maximale, chaque nappe de fils n'est constituée que d'un tissu continu, chaque fil s'étendant d'un bord à l'autre de la pièce. En outre, chaque nappe ne comprend qu'une - seule épaisseur de tissu, de sorte que, pour une épaisseur de plaque donnée, on puisse mieux répartir les nappes de tissu et donc mieux répartir les efforts internes dans la pièce. Dans le cadre de l'invention, par tissu on entend une structure tissée avec fils de chaîne et fils de trame. Mais il n'est pas exclu que le tissu envisagé possède une structure tricotée, notamment pour la fabrication de piè- ces de forme présentant des courbures importantes. Bien entendu, les fils constitutifs du tissu peuvent être libres ou liés, en fonction des applications envisa- gées. Les tissus utilisables conformément à l'invention ont un nombre de mailles par centimètre carré compris entre environ 1 (en dessous duquel la résistance mécanique de- viendrait insuffisante) et 22 (au-delà duquel le ciment ne pourrait plus pénétrer à travers les mailles), de préfé- rence entre environ 1 et 10. Le poids du fil utilisé pour la constitution du tissu est compris entre environ 34 tex et 600 tex. Le nombre de couches de tissu à prévoir dépend évidem- ment de l'épaisseur des pièces et des applications aux- quelles elles sont destinées. A titre d'exemple, pour des plaques séparatrices de contacts dans un contacteur élec- trique, on prévoit 40 couches de tissu constitué en fil de 68 tex pour une plaque de 6 mm d'épaisseur. Pour d'autres applications, on peut utiliser 8 couches de tissu en fil de 440 tex (soit 180 g/m 2) pour des plaques de même épais- seur. Pour ce qui est de la nature des matériaux, on choisi- ra ceux qui sont les mieux appropriés aux applications en- visagées. Le fil de verre peut être constitué en verre normal (ou verre E) , mais il est en général souhaitable, pour une plus longue durée de vie du matériau, de choisir des fils pour ciment en verre spécial résistant aux alcalis. Quant au ciment, on choisira également celui qui est le plus utilisé et/ou le mieux approprié: par exemple ci- ment Portland dans le cas d'applications dans le domaine du bâtiment ou analogue (protection thermique) ou bien ci- ment alumineux pour fabriquer des plaques de protection électrique et/ou thermique (notamment plaques de protec- tion contre l'arc de coupure dans les contacteurs électriques). Des pièces conformes à l'invention peuvent être fa- briquées selon différents procédés plus ou moins complexes et/ou coûteux à mettre en oeuvre. Un procédé particulièrement simple et économique pour la réalisation de pièces de dimensions relativement modes- tes, et bien adapté en tout cas pour la fabrication en moyenne série de plaques d'isolement électrique pour con- tacteurs ou analogues, peut être le suivant (voir figure 2). On réalise un moule 3 adapté au format des plaques à fabriquer et constitué par un fond 4 muni d'un bord péri- phérique 5 délimitant une cuvette 6. Dans la cuvette 6, on commence par verser la suspen- sion liquide de ciment 7, à partir d'un bac 8 mobile au- dessus du moule 3, pour former une première couche 1 de ciment. On dispose alors sur cette première couche de ciment une bande 2 de tissu en fils de verre de silione éclaté, cette bande étant de préférence d'un seul tenant pour cou- vrir toute la couche de ciment. Puis on verse à nouveau du ciment pour couvrir la bande de tissu 2 et constituer une deuxième couche de ci- ment. Comme expliqué déjà précédemment, le ciment de la deuxième couche pénètre dans les mailles du tissu pour s'amalgamer au ciment de la première couche et emprisonner ainsi la bande de tissu, dont les écailles des fils pénè- trent en outre dans le ciment. Une fois la deuxième couche de ciment étendue, on met en place une deuxième bande de tissu, puis on procède à l'étalement d'une troisième couche de ciment. Et ainsi de suite jusqu'à la dernière couche de ciment. L'ensemble stratifié est alors soumis à une compres- sion sous une pression inférieure à 300 kg/cm2, de préfé- rence comprise entre 50 et 200 kg/cm Bien que, sur la figure 2, le fond 4 du moule soit représenté sous forme d'un plateau, il est entendu que la forme du moule est en fait fonction de la forme de la pièce à obtenir. Le procédé qui vient d'être décrit peut aussi bien être effectué manuellement qu'automatiquement. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs dé- jà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1 - Matériau thermiquement et/ou électriquement iso- lant à base de ciment renforcé de fils de verre, caracté- risé en ce qu'il est constitué sous forme stratifiée ré- sultant d'une alternance de couches de ciment et de nappes de fils de verre de silione éclaté (ou fil à écailles). 2 - Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce que les nappes de fils de verre sont constituées par un tissu de fils de verre à mailles ouvertes en fil de silio- ne éclaté (ou fil texturé à écailles). 3 - Matériau selon la revendication 2, caractérisé en ce que le tissu est à fils libres, 4 - Matériau selon la revendication 2, caractérisé en ce que le tissu est à fils liés. 5 - Matériau selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le tissu est tissé. 6 - Matériau selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le tissu est tricoté. 7 - Matériau selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le tissu possède un nombre de mailles par centimètre carré compris entre environ 1 et 22, de préférence entre environ 1 et 10. 8 - Matériau selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le poids du fil est compris entre 34 tex et 600 tex. 9 - Plaque électriquement isolante, notamment d'iso- lement pour contacteur électrique ou analogue, caractérisée en ce qu'elle est constituée selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 et en ce que le ciment est un ciment alumineux. - Procédé pour fabriquer une pièce constituée en un matériau selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que: - on réalise un moule comprenant un fond bordé par un ca- dre périphérique, - on dépose dans ledit moule des couches alternées de ci- ment et de tissu de fils de verre, - et on comprime le tout sous une pression inférieure à 300 kg/cm2, de préférence comprise entre 50 et 200 kg/ cm2.