Brevet FR2536742A1 — publié le 19840601

La présente invention a pour objet la réalisation d'un matériau composite ainsi qu'un procédé pour la fabrication de ce matériau composite. Ce matériau composite peut être utilise' dans les domaines de isolation, étancheité, contruction, bâtiment, travaux publics, industries de traitement des bois, métaux, verres et hydrocarbures, en ébé- ments moulés, préfabriqués ou d'épandage. Depuis toujours, l'industrie, par le progrès technique et la recherche, a tenté de mettre au point des produits nouveaux aux performances techniques accrues par rapport à l'art antérieur, ou d'améliorer les produits existants : ainsi l'utilisation des metaux et leurs alliages, les ciments et leur application minérale, les derniers nés dont nous voyons l'essor comme par exemple les plastiques -: objets en polyé- thylène, carosseries en ABS, colles, textiles..Cependant les produits obtenus testent ou d'une fabrication et d'un emploi relativement malaise ou ne répondent pas toujours suffisamment aux nouveaux besoins et aux impératifs de nouvelles exigences comme par exemples : isolation des matériaux de construction, étanchéIté, résistances au feu, progression des charges et sollicitation en travaux publics, accroissement des coûts de fabrication, entretiens souvent onereux, nécessité d'économie voire de récupération des énergies... On sait aussi le passage difficile entre la recherche fondamentale et les besoins d'inovations industrielles. L'invention a donc pour but de remédier entre autres à tous ces inconvénients en réalisant un matériau composite réalisable avec des matières premières largement disponibles, par les technologies existantes et utilisable dans de nombreux domaines industriels s isolation, étanchéité, éléments préfabriqués, obJets moulés, simili-bois, verres ou métaux, constructions, bâtiments, textiles... Le matériau composite objet de l'invention présente en effet des caractéristiques techniques de base accrues par rapport à l'art antérieur et répond d'une manière très satisfaisante aux exigences particulières de plus en plus demandées dans divers domaines : tenue à l'eau, au feu, aux acides, solvants, sels, bases, alcools, sels, bases, performance des résistances techniques. Le matériau composite destiné à ces industries comporte conformément à l'invention - des minéraux basiques ou acides naturels, broyés ou concassés et d'une granulométrie allant du micron à 40.; - des végétaux secs ou humides d'essences diverses sous forme de farines de bois, sciures, paillettes, copeaux ou noyaux naturels ou déchets traités ou non par l'industrie et d'une granulométrie inférieure ou égale à 0/5 - 0/8.; - des métaux nobles ou alliages ferreux ou non sous forme de poudres, paillettes ou copeaux et d'une granulométrie inférieure ou Ega- le à 0/2 - 0/5.;; - des verres de toute origine (y compris déchets et récupération) sous forme de poudres d'une granulométrie inférieure ou égale à 0/1 des carbures aliphatiques, oléfiniques, aromatiques, naphténiques et notamment paraffiniques, acéthyléniques sous forme solide ou liquide.; - des oxydants et réducteurs de polymérisation permettant la régénaration, la croissance et la stabilisation des aacromolécules sous forme solide ou liquide ; - des amino et phénoplastes renforçant les liaisons interchaines, la multiplication de chaines latérales et des points de greffage ou pontage, sous forme de granulés ou liquide. Par rapport aux produits existants tels que les métaux, les bois, les matériaux de construction, les textiles, ce matériau composite utilise les qualités propres de chacun de ses éléments pour les sublimer et présenter un produit final aux caractéristiques techniques largement supérieures à celles aujourd'hui connues. I1 a l'avantage d'utiliser des matériaux disparates de formule souvent économique pour former un produit final à volonté souple, dur, isolant, étanche, résistant... en jouant sur les pourcentages des bases minérales, végétales, métalliques ou résineuses. Pour réaliser le matériau composite visé par l'invention on procède de la manière suivante et dont l'originalité est d'utiliser, suivant un savoir faire spécifique, les technologies combinées pour la fabrication de béton hydraulique (à froid), de compoundage (à chaud) et d'enrobés bitumeux (à chaud). On définit d'abord le produit final recherché et ses qualités à obtenir (résistances au choc, au feu, aux acides...) On choisit alors les minéraux qui pourront être, par exemple pour la réalisation d'un panneau, un mélange de sable roulé de rivière, sable de mer, feldspath potassique, porphyre en proportions égales pour bb % du matériau composite à fabriquer et d'une formule granulométrique globale ouverte, semi-ouverte ou fermée, ici par exemple un 0/10 contenant 1 % de passant à 80 microns et 1 % de filler. On choisit les végétaux disponibles qui peuvent être un mélange de diverses essences ; dans notre exemple de la farine et sciure de bois en proportions égales et pour 25 X du matériau composite que l'on désire fabriquer. On choisit les métaux sous forme de poudre, paillettes ou copeaux, qui pourront être nobles ou alliage issus de déchets ou non (fer, acier, plomb, aluminium, zinc, cuivre, laiton...) en mélange en proportions égales ou un seul de ces métaux pour 20 % du matériau composite ; dans notre exemple 10 X de plomb en poudre et 10 % de limaille de fer. On choisit le verre sous forme de poudre ou farine de récupération par exemple et pour 5 X du matériau composite à fabriquer. On choisit une combinaison de carbures, soit dans notre exemple : un bitume oxydé solide broyé ou concassé d'indice 80 - 90/25, un bitume de type distillation directe ayant une teneur de 2 à 4 X de paraffine, des copolymères linéaires, bi ou tridimensionnels qui pourront être atactiques, syndiotactiques ou isotactiques pressentant un coefficient d'allongement à la rupture compris entre 20 et 500 %, un indice de fluidité de préférence supérieur ou égal à 4 et une capacité thermique massique (3/kg-k) de 1,8 x 10 -5, en proportion égales et pour 15 % du matériau composite à réaliser. Les oxydants et réducteurs seront choisis indifférement dans la gamme des matériaux disponibles et entreront en parts égales pour 5 % du matériau composite. On choisit les amino et phénoplastes tels que des copolymères oinyliques, acétals polyvinyliques, polyepoxydes et pour 5 % du matériau composite. Le matériau composite ainsi obtenu, dont nous venons ci-après le procédé de fabrication - permet la réalisation d'objets moulés, éléments préfabriqués de toutes formes et de toutes dimensions (panneaux, pavés, plaques, blocs auto-porteurs, films isolants, enrobés étanches...) qui présentent des caractéristiques techniques largement supérieures à celles des matériaux connus. Comme on le verra ci-après d'autres particularités et avantages de l'invention qpparaitront au cours de cette description. Pour fabriquer le matériau composite visé par l'invention on procéde ainsi : Suivant notre exemple on prend la totalité des végétaux choisis, soit les tg % du matériau composite qu'on introduit dans un malaxeur. On ajoute les minéraux choisis et ceux correspondant à la partie comprise entre O et 2 de la formule granulométrique. Lors du malaxage des végétaux et minéraux on ajoute 30 à 40 X des amino et phénoplastes sous forme d'émulsion aqueuse associés à un polyméthaerylate de méthyle et à un catalyseur dosé entre 0,1 et 0,3 % de la combinaison. En fin de cette opération de malaxage à froid on introduit les élément sfins inférieurs & O des minéraux choisis et notamment les éléments à caractère acide tels ceux d'une argilé provenant d'un silicate double d'alumine et d'un métal alcalin par exemple. Ce malaxage s'effectue jusqu'à complète répartition de tous les éléments. Cette opération donnant lieu à la réalisation d'une première partie du matériau composite qui se présente alors sous forme de grains dont la structure-fondamentale reste statistique et la croissance provisoirement bloquée. Autant cette première phase de procédé de fabrication peut s'apparenter à la fabrication d'un béton hydraulique autant la deuxième opération qui suit présente des analogies avec la régénération des déchets de résines par compoundage Ainsi on alimente dans un bambury par exemple la partie du matériau composite issu de l'opération précédente, oM on ajoute la totalité des phénoplastes et polyepoxydes choisis s le malaxeur étant alors préchauffé à 80 - 100 e C on incorpore la combinaison des carbures retenus soit un bitume oxydé préalablement broyé associe à un mélange de copolymères et l'on porte la température à 100 = 135 C. On obtient une pâte qu'on laisse refroidir afin de faciliter une opéra- tion intermédiaire de broyage à froid. Les éléments ainsi broyés alimentent alors une extrudeuse dans laquelle sont ajoutés la moitié des oxydants et réducteurs de polymérisation (on pourra à ce moment là adjoindre également toutes les charges couramment utilises par les régénérateurs : colorants, agent de dureté poudre de noix, diminution des courts, craie...) jusqu'à atteindre le seuil de leur température de transition vitreuse. On notera ici que l'extrudeuse à utiliser devra être apte à recevoir des éléments abrasifs et dotée d'un système de dégazage de préférence (extrudeuse à polypropylène par exemple). Cette seconde opération donne lieu à la réalisation d'une deuxième partie du matériau composite qui se présente alors sous forme de granulés dont la structure tridimensionnelle permettra de nouvelles croissance par associations, greffages ou pontages. La troisième et dernière phase du procédé de fabrication est comparable à la réalisation d'enrobés bitumeux fabriqués à chaud en centrale. On fait passer le reste des minéraux prévus par la formule granulométrique, soit donc ceux de granulomrie supérieure à 2, dans le tambour d'une centrale et à une température comprise entre 150 et 2000 C. Les minéraux ainsi chaussfés se déversent dans le malaxeur de la centrale. En utilisant le circuit filler resté disponible ou directement dans le malaxeur on verse les verres et métaux retenus sous forme de poudre de limaille. On laisse s'opérer une répartition et un échange calorifique pendant 30 à 60 secondes. Un coup de chauffe est alors porté à 200 - 2500 Ç puis ramené à 150 - 2000 C au moment où est apporté alors la partie du matériau composite réalisé lors des opérations précédentes associé au solde des oxydants et réducteurs prévus en utilisant le circuit filler ou directement dans le malaxeur. Après malaxage on obtent une pate visqueuseprete à l'emploi et après refroidissement le matériau composite visé par l'invention. I1 convient de noter que le procédé de fabrication, carrefour de diverses technologies industrielles, ne nécessite que l'utilisation appropriée du matériel usuel couramment employé par les entreprises du bâtiment, de régénération et de travaux publics suivant un savoir faire spécifique déterminant l'ordre des plans de travail, les températures et les temps de manipulation selon les pourcentages choisis des bases. I1 faut ainsi souligner l'utilisation possible des nombreux matériaux actuellement inemployable en construction ou travaux publics comme par exemple les argiles, les graveleux latériquès ou quartzeux, ou encore des sables de mers ou de déserts L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisations décrits et peut comporter des variantes d'exécution, des variantes de qualités techniques t isolation, étanchéite, résistances mécaniques et chimiques pour obtenir des produits divers objets usuels moulés, éléments préfabriqués de toutes sortes. Le tableau qui suit donne à titre d'exemple numérique les catac éristique techniques du matériau composite Cet exemple est issu d'une formule granulométrique de 0/10 comprenant notamment une base minérale en 0/2 d'un sable naturel roulé contenant 1X environ de passant à 80 microns, en 0/6 d'un sable concassé, en 6/10 d'un concassé avec une teneur de filler de li du mélange.Les éprouvettes en essai de type Duriez - stabilité à l'air à 180 C, stabilité après immersion à 18 C - ont donc été réalisées sous un taux de compaction de 120 bars et ont donné 4 séries de résultats : 1 2 3 4 - masse volumique 2,44 2,44 2,48 2,48 - densité apparente géométrique 1,94 1,97 2,09 2,15 - densité app. hydostatique 1,95 1,98 2,18 2,24 -compacité 80% 81,2X 87,9% 90,3X - stabilité Duriez Air en bars 113 144 135 178 - stab.Duriez après immersion e 51 93 81 121 Par ailleurs, une autre formule granulométrique ea 0/10 comprenant notamment une base minérale en basalte et vermiculite, métalique en poudre de plomb a donné les résultats suivants en essai type Marshall : compression en bars 300 400 traction en bars 40 52 Résistance - 250 C aucun effet Résistance + 600 aucun effet Ces exemples de résultats peuvent etre comparés aux normes techniques exigées par exemple pour les contrôles et essais du béton durci (bordures et caniveaux-, tuiles, dalles...) marque NF ou label. Cf. Textes et règlements pour les produits assujettis qu contrôle de la Marque par le CERIB et qui mentionnent selon les classes de résistance des minimums de 40, 55, 70 et 100 bars. Le matériau composite visé par l'invention présente également un bon comportement aux produits chimiques, exemple bases : soude-potasse : aucun effet à bon comportement. acides : chlorydrique : aucun effet à bon comportement. sulfurique 80 X : bon comportement à résistance limitée. nitrique 80 X : bon comportement à résistance limitée. acitique 60 % : -bon comportement. sels : chlorure de sodium, eeu de javel / aucun effet alcools : méthylique ç éthtlique : aucun effet à bon comportement. solvants : benzène : résistance limitée. essence légère, : bon comportement. acétone : Aucun effet à bon comportement. produits alimentaires : huile de table, lait, bière, vin : aucun effet. REVLIDICATI0NS 1 - 14matériau composite destiné à la réalisation d'objets divers moulés, d'éléments préfabriqués de toutes sortes caractérisé en ce qu il comporte - des minéraux basiques ou acides naturels, broyés ou concassés en formule granulométrique ouverte, semi ouverte ou fermée y compris les passants et fillers de toute nature - des végétaux secs ou. humides de toute essence sous forme de farines, sciures, copeaux ou noyaux, naturels ou déchets traités ou non par l'industrie. - des métaux nobles, déchets ou alliages ferreux ou non sous forme de poudres, paillettes ou copeaux. - des verres de toute nature sous forme de poudres ou billes d'une granulométrie égale ou inférieure à 0/3 - combinaisons de carbures à aliphatiques, oléfiniques, aromatiques, naphténiques de préférence paraffiniques et acéthyléniques sous forme de solides ou liquides - des oxydants et réducteurs de polymérisation solides ou liquides permettant la régénération, la croissance et la stabilisation des macro molécules - des poly et monoplastes solides ou liquides renforçant les liaisons interchaines, permettant la multiplication de chaînons latéraux, des points de greffage ou pontage. 2 - Matériau composite selon la revendication 1 caractérisé en ce que les pourcentages de chacun de ses éléments peuvent varier de 5 à 95 % de l'ensemble réalisé. 3 - Proeédé pour la fabrication du matériau composite selon les revendications 1 et 2 caractérisé en ce que on utilise par un savoir spécifique les diverses technologies existantes de la construction, du batiment, de la régénération par compoundage et des travaux publics en portant les températures nécessaires à la fabrication en phases successives de O à 2000 C. 4 - Procédé pour la fabrication du matériau composite selon les revendications 1, 2, 3 caractérisé en ce que des variantes de fabrication utilisant des matières premières nobles d'un indice de viscosité suffisamment élevé permettent une fabrication à froid ou à température ambiante.