Brevet FR2548590A1 — publié le 19850111

Es 2548590 COMPOSITE HA 1 UTE DENSITE A BASE DE FIBRES MINERALES DISCONTINUES La présente invention concerne une feuille camposite de haute densité à base de fibres minérales discontinues, telles des fibres de verre, de roche. Le mot feuille selon l'invention englobe aussi bien des éléments de longueurs déterminées telles des plaques, que des rubans con20 tinus de longueur indéterminée. Les fibres minérales discontinues et notanment les fibres de verre sont utilisées généralement pour l'isolation thermique et éventuellement phonique A cet effet elles se présentent sous forme de matelas ou feutres de faible densité, liées entre-elles par une résine 25 polymérisée Ces matelas contiennent généralement plus de 70 % en poids de fibres de verre, le reste étant constitué du liant polymérisé, leur masse volumique apparente est d'environ 10 kg/mn. Des primitifs à base de fibres minérales peuvent aussi être utilisés comme élément de départ pour la fabrication de panneaux moulés 30 tels des garnitures de pavillons d'automobiles, des panneaux acoustiques, des sous-capots-de véhicules automobiles etc Pour cette application ils sont associés à une ou plusieurs feuilles de revêtement et 1 ' ensemble de ces éléments est soumis à une opération de rmoulage sous pression à température élevée afin d'obtenir la forme désirée pour 35 le panneau, la polymérisation du liant et le collage entre-eux des éléments constitutifs dudit panneau L'âme constituée à partir de primitif de fibres minérales présente après moulage, une masse volumique apparente moyenne relativement élevée mais qui reste généralement inférieure à 200 kg/m 3 Bien que plus rigide que les feutres, cette âme présente des propriétés mécaniques telles que la cu Etrainte la rupture, le module d'élasticit', la resistance à la tractions peu élevées. Dans un doaoine technique différent, celuii ds matires las5 tiques renforcées par la fibre de verre, on utilise gdnore 1 des fibres de verre continues, en tant qu'arxature de re-sc-et Nais on cornnait, d'après la publication de brevet français 2 248 154, N _aft riau ccqposite arme de fibres de verre qui utilise des fibres discontinues Pour fabriquer ce matériau, on formoe une açP Pe de fibres 10 discontinues, on applique sur cette nappe une matioe durcissable 11quide ou semi-liquide formée d'une résine synttique et on ceîrime la nappe fibreuse et la matière durcissable afin d'iim 6 rer la nappe de cette matière et obtenir une feuille ébaudhe qpe l'c peut ensuite utiliser pour le mroulage La feuille ébauche coetint entre 30 et 60 % 15 en poids de fibres de verre, le reste étant essentiellenent la résine syntbétique Les propriétés mé canques obtenues sout sensiblemnt camparables à celles d'autes matériaux plastiques renf Orces ais ces mtériaux plastiques renforcés sont relativement chers En outre, i Ls présentent une sensibilité aux variations de la teu Prature Ils peu20 vent enfin présenter un fluage sous la charge. L'invention prcpose un nouveau produit présemtant à la -ois des propriétés mécaniques satisfaisantes en même tenes qu'une stabilité dimensionnelle exceptionnelle aussi bien aux coeditions d'humIitk qu'aux charges, ces propriétés lui permettant d'être utilisé avec avan25 tages dans des applications trs diverses. Le produit selon 1 ' invention est une feuille cun Mosite à lase de fibres minérales discocntinues liées entre-elles par un liant polymérisé, ayant une teneur en fibres supérieure à N O % du poids total des fibres et du liant, une masse volumique géralmt cemprise entre 30 300 et 1500 kg/m 3, cette feuille coeposite étant d texx à partir d'au moins un primitif de fibres minérales fortemet tenwom;rmhOutre les avantages déjà décrits, la feuille caeosite seloe 1 ' invention de part sa structure poreuse est généralment plnus léCr que les matières plastiques renforcées par la fibre Elle est mxibible. 35 Tout en ayant une grande rigidité, elle présente uns bxxme élasticité. La feuille présente une bonne menuisabilité, c'est dire qu'elle peut être sciée, percée, clouée aismoent, sans formation d' él ats ni deformations Elle présente en outre une bonne résistance au poinçonanent. Elle peut être associée à des élements les plus divers et être ainsi 3 2548590 ubilisée dans de nombreuses applications. Coc Te indiqué précédemnent, la feuille est formne essentiellement de fibres minérales discontinues, à raison de plus de 70 % du poids total des fibres et du liant, le reste dans le cas nota Nmment des fibres de verre étant généralement le liant qui est celui employé habituellement dans les matelas ou feutres d'isolation, par exemple une résine thermdurcissable telle que les résines formo-phénoliques, les resines melamine-formol, les résines urée-formol. Parmi les applications envisagées pour la feuille composite 10 selon l'invention, on peut citer des applications dans le bâtiment telles que parements structuraux intérieur et/ou extérieur d'un ccnposant complexe d'isolation, élément de plafond, élément de cloison, des applications hors bâtiment telles qu'lément de stratifié dans l'ameublement, dans le caravaning, élément d'emballage, de décoration, coque, 15 etc La feuille composite selon l'invention présente une épaisseur d'environ 0,1 à 30 mm et généralement de 1 à 10 mm selon les applications envisagées et selon l'épaisseur du ou des primitifs de départ et des pressions exercées au rn-ent du moulage. Toujours selon les applications envisagées pour la feuille, on peut ajouter au liant certains adjuvants. Ainsi, dans une réalisation avantageuse de la feuille, on introduit dans la cc O Mposition une huile de silicone, par exemple du polydiméthylsiloxane, à raison d'environ 1 % en poids de la feuille. 25 Cet ajout améliore de façon surprenante certaines propriétés ircaniques telle la résistance à la traction. La feuille composite est avantageusement utilisée en tant que parements int&rieur et extérieur d'un panneau porteur ou auto-portant comprenant en outre une âne isolante cellulaire sur laquelle sont col30 lés lesdits parements Malgré une faible épaisseur, de l'ordre de 0,1 à mn et de préférence de 2 à 4 mm, la feuille utilisée en tant que parement permet au panneau de remplir efficacement notamment les fonctions suivantes de parement intérieur, c'est-à-dire qu'il est prêt à recevoir les finitions intérieures, de contre-liteaunage, c'est-à-dire 35 qu'il peut recevoir les liteaux pour répondre à tous les types de couvertures en petits éléments. Dans cette application, elle se substitue avec avantages aux panneaux de particules de bois En particulier, elle présente un module d'élasticité d'environ 40 000 da N/an 2, plus élevé que celui d'un pan- 4 2548590 neau de particules de bois, qui est d'environ 15 000 à 25 000 da N/c O, ce qui se traduit par une meilleure résistance à la flexion du panneau porteur utilisant la feuille selon l'invention Elle présente galement une meilleure résistance à la traction, d'environ 200 à 230 da N/c M 2 contre 135 da&/an 2. Le comportement à l'eau qui est un critère de choix déterminant, est bien supérieur à celui d'un panneau de particules de bois En particulier, la feuille composite selon l'invention n'est pas hygroscopique comme c'est le cas d'un panneau de particules de bois. Elle ne subit aucune variation dimensionnelle du fait des variations de 10 l'humidité de l'air On peut donc envisager un type de joint classique entre panneau, avec bande plus enduit. Bien que présentant une masse volumique apparente sensiblement égale à celle d'un panneau de particules de bois, elle peut être utilisée dans une épaisseur de 2 mm de façon équivalente à un panneau 15 de particules de bois de 12 mm d'épaisseur nécessaire en raison de problême de résistance au feu, ce qui permet un gain de poids considérable pour le panneau ccmposant, d'o une facilité de mise en oeuvre. D'autres adjuvants peuvent être incorporés à la ccrposition de la feuille selon l'invention On peut ainsi incorporer des charges 20 telles que le carbonate de calcium ou autres charges utilisées gnéralement dans les industries des matières plastiques, afin d'améliorer certaines propriétés mécaniques, telles que la résistance aux chocs, la résistance au feu, la résistance à la compression, etc On peut y incorporer des produits hydrofuges connus en soi pour améliorer la ré25 sistance à l'eau ou à la vapeur d'eau, également des fibres non minérales telles que par exemple, fibres de bois, de matières plastiques en vue de modifier certaines caractéristiques de la feuille, des pigments pour la coloration dans la masse. Les fibres minérales discontinues qui conviennent sont toutes 30 les fibres usuelles d'isolation, c'est-à-dire des fibres de verre ou de roche, d'un diamètre mtoyen généralement compris entre 2 et 15 pm. Sous un des aspects de l'invention la feuille peut présenter une structure stratifiée On peut ainsi préparer la feuille à partir de deux primitifs, ou plus, de fibres de verre et/ou de rodke, que l'on 35 presse sinultanément cone indiqué plus en détail par la suite. La structure stratifiée peut comprendre une armature tel un grillage, des fils, pris en sandwich ou non entre deux primitifs de m Cme nature ou non. 2548590 Dans le même esprit, la feuille composite selon l'invention peut être munie au moment de sa fabrication par pressage de feuilles de revêtement, telles que papier kraft, film de matière plastique, textile tissé ou non, film métallique, filmn en bois d'essences diverses. Sous un autre aspect de l'invention, la feuille peut présen5 ter des formes moulées variables et/ou des impressions de surface. C'est en effet un des avantages de la feuille de se prêter facilement à des formes de moulage diverses et à l'incorporation d'inserts lors du moulage. Pour la plupart des applications de la feuille selon 10 l'invention, sa masse volumique apparente est avantageusement comprise entre 600 kg/m 3 et 1100 kg/n 3 Cette fourchette représente un bon ccmpromis entre les propriétés mécaniques de la feuille et les conditions de sa fabrication. La figure 1 représente 1 ' évolution du rapport c'est à dire 15 de la contrainte de traction à la rupture par la masse volumique en fonction de cette masse volumique e Cette courbe qui met en évidence la résistance par unité de masse de la feuille semble indiquer que les meilleures valeurs sont obtenues pour des valeurs de masses volumiques comprises entre 600 et 1100 kg/m 3. Sous un des aspects de l'invention, la feuille composite à base de fibres minérales discontinues, liées entre-elles par un liant polymérisé présente une valeur c/e en fonction de (O supérieure à 2 10-2 M Pa m 3/kg. L'invention concerne également un procédé pour fabriquer la 25 feuille composite. Selon l'invention, le procédé met en oeuvre des pressions importantes, de l'ordre de 1 à 100 bars, plus généralement de 10 à 50 bars, associés à des températures variables selon la nature du liant et ce durant un temps généralement variable bien que de l'ordre de 1 minu30 te environ Par exemple lorsque le liant est une résine formophénolique, la température utilisée est généralement de 200 C pendant environ 1 minute. Une caractéristique du procédé lorsqu'on utilise un liant thermodurcissable est un pressage rapide afin d'éviter une prépolyméri35 sation du liant avant la mise à dimension définitive. Le procédé peut être discontinu Ainsi on peut placer un ou plusieurs primitifs de fibres minérales que l'on a obtenus par les procédés classiques de fabrication de feutre ou matelas d'isolation avant 6 2548590 polymérisation du liant, dans une presse pour ensuite leur appliquer les conditions de pressage décrites précédemment. On peut encore opérer de façon continue A cet effet, on peut par exemple faire passer le primitif continu, obtenu après fibrage entre les bandes d'une presse à double bande, la température nécessaire à 5 la polymérisation étant fournie par un appareillage annexe et/ou les bandes chauffées étant entendu qu'il faut éviter une prépolymérisation avant la mise à dimension définitive. D'autres avantages et caractéristiques de 1 ' invention apparaitront dans la description suivante d'exemples de fabrication de 10 feuilles. EXEMPE 1 On fabrique une feuille thernmcomprimée selon l'invention, de 2 mm d' épaisseur, de la façon suivante: on utilise un primitif de fibres de verre d'isolation, d'une masse 15 surfacique de 1400 g/ne, obtenu par les méthodes de fibrage classiques et pour lequel le liant représentant 20 % en poids du primitif est une résine formno-plénolique Le primitif est placé entre les plateaux d'une presse. on comprime fortement en exerçant une pression de 10 bars, a une ten20 pérature de 200 C pendant une minute On obtient une feuille d'une masse volumique d'environ 700 kg/m P présentant des propriétés mécaniques satisfaisantes et notamment une contrainte de traction à la rupturecr de 1,7 107 N/nf, un allongement à la rupture Er de 0,53 %, un module de Young de 2,35 109 N/n 2 Cette feuille présente une stabilité dimensionnelle exceptionnelle dans des conditions d'humidité très variables. Cette feuille peut être utilisée came parement intérieur et parement extérieur d'un panneau composite isolant coprenant en outre, en sandwich entre ces deux parements une âme cellulaire d'épaisseur va30 riable selon l'isolation désirée, par exemple de 120 m d'épaisseur en polystyrène expansé de masse volumique d'environ 25 kg/n P. A cet effet la feuille selon l'invention est collée sur l'â 1 me cellulaire de chaque côté, à l'aide d'une colle contact par exoeple. Le panneau coaposite formé présente un ensemble de caracté35 ristique qui lui procure un comportement mécanique, un ccaomortemnt au feu et un camportement à l'eau meilleurs que ceux obtenus avec un conposant utilisant deux panneaux de particules de bois en tant que parements. EMPL 2 2548590 On fabrique une feuille thermocompri Rée selon l'invention, de 4 er d'épaisseur, de la façon suivante: entre les plateaux d'une presse on superpose 3 primitifs de fibres de verre d'isolation, d'une masse surfacique de 1200 g/ia obtenus par les nméthodes de fibrages classiques, pour lesquels le liant représen5 tant 20 % en poids d primitif est une résine formo-phônolique. on ccmprime l'ensemble pour obtenir une feuille de 4 Tm d'épaisseur en chauffant pendant 1 minute La masse volumique apparente est d'environ 900 kg/mn 3. Après démoulage, la feuille obtenue présente les caractris10 tiques mécaniques suivantes: une contrainte de traction à la rupture C; de 2,95 107 N/mn, un allongement à la ruptureer de 0,42 % un module de Young E de 7,95 10 9 N/m 2. La feuille selon 1 ' invention présente une rigidité très 15 importante La courbe de la figure 2 est représentative de la rigidité, c'est-à-dire du produit Ee 3 du module de Young E par le cube de l'épaisseur e, pour une épaisseur de 4 mmn en fonction de la masse surfacique La courbe L représente la rigidité longitudinale, la courbe T la rigidité transversale Cette courbe montre que la rigidité croit 20 avec la masse surfacique, mais encore que cette rigidité est plus importante que celle d'une plaque de 2,5 mm d'épaisseur de maière plastique renforcée par de la fibre de verre, du type 54 C (point A), et également plus importante que celle d'une plaque de 0,8 mim d'épaisseur en acier (point B). REVENDICATIONS 1 Feuille composite à base de fibres minérales discontinues telles des fibres de verre, de roche, liées entre-elles par un liant polymérisé, obtenue à partir d'au moins un primitif thermocouprim' de 5 fibres, caractérisée en ce qu'elle présente une teneur en fibres min&rales supérieure à 70 % du poids total des fibres et du liant, et une masse volumique corprise entre 300 et 1500 kg/m 3. 2 Feuille composite selon la revendication 1, caractérisée en ce que les fibres minérales sont des fibres de verre et que la te10 neur en fibres est supérieure à 70 % en poids. 3 Feuille selon une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que le liant est une résine thermodurcissable choisie parmi les résines forno-phénoliques, les résines n Mlanine-formol, les résines uréeformol. 4 Feuille selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'elle ccmprend des adjuvants tels que des charges, des produits hydrofuges, des pigments. Feuille selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que sa masse volumique est comprise entre 600 et 1100 kg/m 3. 6 Feuille carosite à base de fibres minérales discontinues telles des fibres de verre, de roche, liées entre-elles par un liant polymérisé, obtenue à partir d'au moins un primitif thern-co imrh de fibres, caractérisée en ce qu'elle présente une teneur en fibresna rales supérieure à 70 % du poids total des fibres et du liant et une 25 valeur Ca/e en fonction de P supérieure à 2 10-2 M Pa m 3/kg. 7 Feuille selon une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle présente une structure stratifiée obtenue par pressage. 8 Feuille selon une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle présente des formes moulées variables. 9 Feuille selon une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle présente des impressions de surface. Procédé de fabrication d'une feuille composite à base de fibres minérales discontinues selon une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'on caromprime fortement au moins un primitif de fibres 35 minérales discontinues sous une pression comprise entre 1 et 100 bars et de préférence comprise entre 10 et 50 bars à une température dépendante du liant et durant au moins environ 1 minute. 11 Application de la feuille composite selon une des revendications 1 à 9 à la réalisation d'un panneau utilisé dans le bâtiment.