Brevet FR2548586A1 — publié le 19850111

PRCEDE ET DISPOSITIF DE TRAITEMENT THERMIQUE DE MATERIAUDX ISOLNTS La présente invention concerne le traitement thenrmique de produits comprenant un matériau isolant thermique, notamment en vue de provoquer en son sein des réactions de polymérisation et/ou de polycondensation de certains de ses composants. Elle a pour objet un procédé et un dispositif de chauffage 20 par pertes diélectriques sous rayonnement hyperfrequentiel, s'appliquant notamment, de manière particulièrement avantageuse, au traitement de feutres, ou de produits à base de feutre de fibres minérales, notamment des pièces de forme telles que des coquilles d'isolation. On sait que, jusqu'à présent, de telles coquilles sont cou25 ramment fabriquées par enroulement autour d'un mandrin, en un certain nombre de couches superposées, d'un matelas de fibres minérales imprégné d'un liant thermo-durcissable, un traitement thermique permettant de fixer définitivement la forme donnée à l'objet. Le traitement thermique appliqué jusqu'ici était effectué gé30 néralement à l'aide d'air chaud soufflé par l'intérieur de la coquille, le plus souvent, pour les coquilles de forts diamètres, ou, pour les coquilles de petits diamètres, par l'extérieur avec chauffage par conduction de l'extérieur vers l'intérieur Un tel mode de traitement est décrit, par exemple, dans le brevet FR-A-2 325 007. Cette technique usuelle présente l'inconvénient d'être relativement coûteuse en énergie et peu rapide, car elle suppose l'élimination préalable de l'eau résiduelle subsistant dans le matériau et qui a pour origine les diverses opérations préliminaires de sa fabrication, notamment la formation et 1 ' imprégnation du matelas fibreux. La présente invention met à profit ce qui constitue un handicap pour le procédé usuel, à savoir la présence d'eau en quantité non négligeable dans tout le volume des objets à traiter, en faisant appel au chauffage par pertes diélectriques sous rayonnement hyperfréquen5 tiel. On sait que cette technique constitue actuellement le seul moyen, s'appliquant à un matériau non conducteur de l'électricité, et isolant thermique, permettant de le traiter de manière homogène, dans tout son volume, pour autant que ledit matériau présente un facteur de 10 perte diélectrique notable, ce qui est notamoent le cas lorsqu'il contient des substances comprenant des molécules dites polaires: la vibration des dipoles sous l'action d'un champ électrique alternatif de fréquence élevée provoque 1 'échauffement de la substance, et donc du matériau lui-même. L'eau liquide constituant précisément l'une des substances polaires les plus courantes, il est bien connu d'appliquer le chauffage par pertes diélectriques aux matériaux qui en contiennent. Ainsi, de nombreux dispositifs utilisent le chauffage par pertes diélectriques en vue du séchage pour des matériaux tels que le 20 bois (brevets FR-A-2 000 992, 2 147 456), les fibres textiles sous forme de cables pliés, de bobines ou d'écheveaux (brevets FR-A-2 103 239, 2 299 443, 2 423 948), certaines pâtes céramiques (brevets FR-A-2 076 405, 2 100 539), etc Ces appareils cxombinent généralement au chauffage par pertes diélectriques un soufflage d'air chaud, le premier pré25 sentant l'inconvénient de ne porter la peau même des objets qu'à une température nettement inférieure à celle du coeur, et la puissance dissipée par ce moyen allant décroissant avec la teneur en eau. Nombre de ces appareils s'attachent à éviter certains inconvénients qui résultent de la réflexion des rayonnements hyperfréquen30 tiels sur les surfaces métalliques de l'enceinte dans laquelle est réalisé le traitement, notamment les phénomènes d'interférences entre les ondes incidentes et les ondes réfléchies, qui se traduisent par une hétérogénéité de teqpérature au sein des matériaux traités, et donc du traitement lui-même Ils font appel à cet effet à des dispositifs dits 35 brasseurs d'ondes. Dans la ganmmoe des rayonnements hyperfréquentiels, ou microondes, couvrant des fréquences allant de 300 M Hz à 30 G Hz, correspondant respectivement à des longueurs d'ondes de l'ordre du métre et du centimètre, on choisit de préférence, le plus généralement, pour les applications industrielles, la bande de fréquences centrée sur 2450 M Hz correspondant à environ 12 cm de longueur d'ondes. En effet, les fréquences les plus élevées ne possèdent qu'une pénétration insuffisante dans la plupart des matériaux, et les plus 5 faibles entraînernt, pour une même puissance énergétique dissipée, une augmentation du champ électrique, et par conséquent des risques d'amorçage d'arc électrique, ou "claquage" La gamme moyenne, qui est préférée, ne nécessite que des tensions de l'ordre de quelques k V. Les coquilles d'isolation, au traitement desquelles, par 10 exemple, la présente invention propose d'appliquer le chauffage par micro-ondes, reçoivent généralement, lors de leur fabrication selon le procédé usuel, une imprégnation à coeur par une solution aqueuse de résines thermodurcissables, par exemple formx-phénoliques de type résol, et après mise en forme de la coquille, la stabilisation des dimensions 15 est obtenue habituellement par un traitement thermique provoquant élimination de l'eau contenue, puis réactions de polymérisation et polycondensation Pour les durées de traitement de l'ordre de la minute compatibles avec les réalisations industrielles, le déclenchement de ces réactions nécessite normalement des températures de l'ordre de 20 150-200 'C, c'est-à-dire sensiblement supérieures à la température d'ébullition de l'eau. La mise en oeuvre d'un chauffage par micro-ondes ne paraissant pas a priori permettre d'atteindre les températures ci-dessus mentionnées, dans la mesure o les résines à soumettre auxdites réac25 tions, de même que les fibres minrrales, ne possèdent que de faibles facteurs de pertes et sont donc peu susceptibles de s'échauffer, par elles-mêmes, sous l'effet des micro-ondes, et o l'eau, seul élément présent dans lesdites coquilles à posséder un facteur de perte élevé, semble fixer à 100 *C la limite supérieure des températures susceptibles 30 d'être atteintes, cette technique ne semblait pas pouvoir apporter une solution au problème posé. Or, les essais ont montré que, contrairement à ce qui était attendu, il n'est pas nécessaire d'introduire de substances polaires supplémentaires dans les coquilles à soumettre au traitement par micro35 ondes, dans la mesure o lesdites coquilles possèdent une teneur en eau suffisante par unité de volume du produit, et o la puissance mise en jeu, elle-même aussi par unité de volume, atteint un niveau minimal. C'est notamment sur ce résultat surprenant que s'appuie la présente invention, qui a donc tout d'abord pour objet un procéd' de traitement thermique d'un matériau à base de fibres mirkrales et contenant un liant, capable de durcir sous l'effet de réactions de polymérisation et/ou de polycondensation selon lequel ledit liant est apporté sous forme de solution aqueuse et ledit matériau est soumis à un champ 5 de rayonnement hyperfréquentiel, la teneur en eau dudit matériau et l'intensité du champ de rayonnement étant ajustées à des niveaux appropries pour provoquer un échauffement du matériau au moins jusqu'à la température minimale de déclenchement desdites réactions, au sein dudit matériau, un courant gazeux chauffé au mtoins à ladite teapérature mini10 male étant projeté sur la surface dudit matériau. Génrralement, la teneur en eau du matériau à base de fibres minérales de densité comprise entre 30 et 150 kg/ir sera réglée à une valeur comprise entre 0,7 et 5 kg/n@ et de préférence 1 à 3 kg/n 3, le liant étant lui-mme présent dans le matériau à raison de 1 à 20 % en 15 masse. Dans une forme de mise en oeuvre du proc&d' s'appliquant à des objets discrets constitués dudit matériau, on soumnet lesdits objets à un déplacement dans le champ du rayonnement De manière simple, afin de réaliser un traitement d'objets en série, on fera défiler lesdits 20 objets, selon une translation, de préférence dans un plan orthogonal à la direction de propagation du rayonnement micro-ondes, et avantageusement en outre avec une rotation sur eux-mêmes, de préférence autour d'un axe formant avec la direction de propagation du rayonnement un angle non nul, avantageusement de 90 , au regard de l'homognéité. Pour de tels matériaux, 1 'énergie micro-ondes appliquée au produit sera grénéralement d'au toins 0,1 kwh/kg de produit, la puissance dirigée sur le produit étant de préférence d'au moins 2 k W/kg de produit pour une teneur en eau de 2 % en masse. En complérent, le procédé prévoit d'apporter sous forme de 30 gaz chaud et sec entre 1/4 et 1/2 de la puissance micro-ondes injectée. Dans ces conditions, à titre informatif, on peut noter que, l'énergie totale consommée compte-tenu d'un rendement de production d'énergie micro-ondes d'environ 1/2, est de l'ordre de 0,2 k Wh/kg, pour un produit à 2 % d'eau, soit environ 5 fois moins que par chauffage par 35 air chaud seul. L'invention a également pour objet un dispositif pour le traitement thermique d'un produit à base de fibres mirnrales contenant un liant apporté sous forme de solution dans l'eau, susceptible de durcir par réaction de polymérisation et/ou polycondensation, couprenant une enceinte nmétallique étanche aux micro-ondes, munie d'un organe de transfert du produit, d'au moins une source de rayonnement hyperfrequentiel dirigée vers ledit produit et une source de gaz chaud raccordée à des moyens pour diriger ledit gaz vers la surface du produit, la 5 puissance apportée par ledit gaz représentant 1/4 à 1/2 de la puissance micro-ondes Dans le cas o le produit à traiter est constitué d'objets discrets, l'organe de transfert desdits objets cca 1 porte de préférence des moyens de mise en rotation desdits objets sur eux-mêmes autour d'un axe formant avec la direction des micro-ondes un angle différent de 10 zéro, avantageusement de 90 . Selon une forme d'exécution intéressant le traitement d'objets présentant une forme cylindrique de révolution, l'organe de transfert des objets et les moyens de mise en rotation comprennent en combinaison une table support, éventuellement mobile, perméable aux 15 micro-ondes, et des organes pousseurs, tels que doigts ou barres, agissant pour faire rouler les objets cylindriques sur le support. Selon une variante assurant la même fonction, les moyens de transfert et de rotation sont constitués par la combinaison d'un tapis mobile et d'un plafond ou de patins fixes, entre lesquels et au contact 20 desquels sont disposés les objets, le déplacement du tapis entraînant celui des objets, à vitesse moitié de celle du tapis, et leur mise en rotation. Le dispositif coaporte avantageusement une pluralité de génerateurs, chacun de préférence commandé par un détecteur de présence 25 d'objets dans la zone qu'il couvre, de manière à éviter son fonctionnement à vide. La puissance micro-ondes installée, pour des fréquences de la bande de 2450 M Hz sera telle, de préférence, que le produit reçoive au moins 2 k W micro-ondes par kg de produit pour une teneur en eau de 2 % 30 en masse environ. Un exemple de réalisation d'un dispositif selon l'invention sera maintenant décrit, à titre non limitatif, afin d'illustrer ses caractéristiques et avantages, en référence au dessin joint (figure unique) qui représente une vue schématique, selon une coupe longitudinale, 35 d'un dispositif selon 1 ' invention à bande transporteuse et patins presseurs. Ce dispositif colporte une enceinte nmétallique 1, comprenant un sas d'entrée 2 et un sas de sortie 3, munis chacun de volets mobiles pivotants, respectivement 2 a, 2 b, 3 a, 3 b, assurant l'étanchéité aux micro-ondes. Une bande transporteuse en tissu de fibres de verre traité aux silicones 4 définit à l'aide de tambours 6 a et 6 b la trajectoire d'entraînement des coquilles 7 au travers de l'enceinte 1. Deux patins presseurs 8 exercent une légère pression sur les coquilles 7, les amenant à tourner sur elles-mrmes, selon la flèche fl, lors de l'avance de la bande 4 dans le sens de la flèche f 2. De l'air chaud additionnel est injecté dans l'enceinte par les orifices 9 a, 9 b, qui peuvent avantageusement se prolonger par des conduites, non représentées, jusqu'au niveau des coquilles circulant sur la bande 4. Des orifices 10, raccordés à un dispositif anti-pollution non représenté, sont pr&vus pour le traitement des effluents gazeux Ce dispositif peut être d'une puissance et d'un coût beaucoup plus faibles 15 que dans le cas du procèd A traditionnel à gaz chaud. Au-dessous de la bande 4 sont disposés des générateurs de micro-ondes 11, émettant dans la gamme centr&e sur 2450 M Hz, dont les orifices d'émission dirigés sur la bande 4 sont de forme rectangulaire. Chacun des générateurs est comlndé par un détecteur de présence des 20 coquilles, non représenté On prévoit par exemple pour une étuve traitant 300 kg/heure de coquilles contenant 2 % en masse d'eau, 6 groupes de 6 générateurs d'une puissance micro-ondes unitaire de 1 k W, constituant un damier de 36 faisceaux de micro-ondes dirigés vers la bande 4. REVENDICATIONS 1 Proc&dé de traitement thermique d'une matière à base de fibres minérales et contenant un liant, capable de durcir sous l'effet de réactions de polymérisation et/ou de polycondensation, caractérisé 5 en ce que ledit liant est apporté sous forme de solution aqueuse et ledit matériau est soumis à un champ de rayonnement hyperfrequentiel, la teneur en eau dudit matériau et l'intensité du champ de rayonnement étant ajustées à des niveaux appropriés pour provoquer un échauffement du matériau au moins jusqu'à la tenp Erature minimale de déclenchement 10 desdites réactions, au sein dudit matériau, un courant gazeux chauffé au mtoins à ladite température minimale étant projeté sur la surface dudit matériau. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on règle la teneur en eau, pour des produits à base de fibres muiérales de 15 masse volumique comprise entre 30 et 150 kg/m 3, à une valeur comprise entre 0, 7 et 5 kg/r 3, et de préférence 1 à 3 kg/m P. 3 Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la teneur en liant du matériau à base de fibres mirérales est de 1 à 20 % en masse dudit matériau. 4 Procéd selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'en vue de son application à des objets discrets constitués dudit matériau, on soumet lesdits objets à un déplacement dans le champ du rayonnement. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que 25 ledit déplacement est une translation dans un plan orthogonal à la direction de propagation du rayonnement, de préférence combinée à une rotation des objets sur eux-mêmes, par rapport à un axe de rotation formant, de préférence encore, un angle de 900 avec la dite direction. 6 Procédé selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé 30 -en ce que l'énergie micro-ondes appliquée au matériau à traiter est au moins de 0,1 k Wh/kg de matériau. 7 Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le courant gazeux chauffé projetté sur le matériau à traiter représente un apport énergétique coplementaire compris entre 1/2 et 35 1/4 de l'énergie micro-ondes injectée. 8 Procedd selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la puissance micro-ondes appliquée au produit à traiter est d'au moins 2 k W par kg de produit pour une teneur en eau de l'ordre de 2 % en masse. 9 Dispositif pour le traitement thermique de produits à base de fibres minrrales contenant un liant, en solution dans l'eau, susceptible de durcir par réactions de polymérisation et/ou de polycondensation, caractérisé en ce qu'il comprend une enceinte métallique ( 1) 5 étanche aux micro-ondes, munie d'un organe de transfert ( 4) du produit au travers de ladite enceinte, d'au moins une source de rayonanement hyperfréquentiel ( 11) dirigé vers le produit, et une source de gaz chaud ( 9 a-9 d) dirigé vers la surface du produit, l'organe de transfert catportant, en vue du traitement d'objets discrets ( 7), des moyens de mise 10 en rotation ( 4, 8) desdits objets sur eux-mêmes, de pr&f&rence autour d'un axe formant avec la direction des micro-ondes un angle différent de zéro, et de pr&férence encore, de 90 ". Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la puissance apportée par ledit gaz est ccaprise entre 1/4 et 1/2 de la 15 puissance micro-ondes. 11 Dispositif selon l'une des revendications 9 et 10, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de générateurs micro-ondes ( 11), chacun étant commandé par un détecteur de présence de matériau à traiter dans la zone qu'il couvre. 12 Dispositif selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que pour le traitement d'objets cylindriques de révolution, l'organe de transfert et les moyens de mise en rotation sont constitués, en combinaison, d'une table support et d'organes pousseurs, agissant pour faire rouler les objets cylindriques sur le support. 13 Dispositif selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que pour le traitement d'objets cylindriques de révolution, l'organe de transfert et les moyens de mise en rotation sont constitués en combinaison d'un tapis mobile ( 4) et d'un plafond ou de patins fixes ( 8) , entre lesquels et au contact desquels sont disposs les ob30 jets, le déplacement du tapis ( 4) entraînant celui des objets ( 7) à vitesse moitié de celle du tapis, et leur mise en rotation. 14 Dispositif selon l'une des revendications 9 à 13, caractirisé en ce qu'une puissance d'au moins 2 k W micro-ondes/kg de produit à 2 % d'eau est dirigée vers ledit produit. 35