Brevet FR2550313A1 — publié le 19850208

La présente invention concerne une pièce de forme maniable et usinable d'une matière d'isolation thermique finement divisée, et un procédé de production de cette pièce. Des blocs maniables de matière d'isolation thermique ont été produits d'un certain nombre de manières à partir de mélanges de silice finement divisé et de fibres de renforcement avec en option l'addition d'une poudre d'opacification et/ou d'un 10 liant La solidité de ces blocs dépend de la densité de la matière, de la quantité et du type de liant utilisé et de l'utilisation d'un traitement thermique Un autre facteur important est le type des fibres utilisées Les blocs de plus grande solidité contiennent des fibres d'amiante mais l'utilisation d'amiante est indésirable car elle est dangereuse pour la santé Néanmoins, ces blocs de matière d'isolation thermique sont trop fragiles pour être manipulés sous la forme de grandes feuilles ou de 20 grands panneaux, car la résistance à la flexion de la matière est faible et que les panneaux se fissurent ou cassent facilement. Un procédé qui a été mis en oeuvre pour pallier ces problèmes consiste à produire les panneaux 25 avec la matière d'isolation thermique enfermée dans une enveloppe poreuse de manière que l'enveloppe soit légèrement collée sur la matière d'isolation et lui apporte une meilleure solidité Des panneaux produits par ce procédé présentent d'excellentes propriétés en manipulation mais ils sont difficiles à usiner et à découper car ces opérations entrainent une rupture de la liaison entre la matière isolante et l'enveloppe poreuse. Un but de l'invention est donc de proposer 35 des pièces de matière d'isolation thermique finement divisée qui peuvent être manipulées facilement sous forme de grandes feuilles et qui peuvent être aussi facilement usinées. Selon un aspect, l'invention concerne une matière d'isolation thermique qui consiste en une structure de renforcement en nid d'abeilles et en une matière d'isolation thermique finement divisée tassée dans les cellules de la structure en nid d'abeilles. Selon un second aspect, l'invention concerne un procédé de fabrication d'une matière d'iso10 lation thermique consistant à tasser de la matière d'isolation thermique finement divisée dans les cellules d'une structure de renforcement en nid d'abeilles Le terme"nid d'abeilles"définit ici une structure cellulaire dans laquelle des cellules voisines sont séparées les unes des autres par une mince membrane En général, les cellules ont une forme hexagonale mais cela n'est pas nécessaire et ce terme "nid d'abeille" tel qu'il est utilisé ici englobe des cellules triangulaires, des cellules à plusieurs côtés et des cellules incurvées En général, la dimension et la forme des cellules sont uniformes mais cela n'est pas essentiel. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Sur les dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemples nullement limitatifs: La figure 1 représente un mode de réalisa30 tion d'une structure de renforcement en nid d'abeilles utiliséeselon l'invention, La figure 2 représente un autre mode de réalisation d'une structure de renforcement en nid d'abeille utilisée selon l'invention, La figure 3 représente un autre mode de réalisation d'une structure de renforcement en nid d'abeillesutilis 5 selon l'invention, La figure 4 illustre un procédé par lequel des articles d'isolation thermique selon l'invention peuvent être fabriqués, La figure 5 représente un mode de réalisation d'un matériau d'isolation thermique selon l'invention, La figure 6 représente un autre mode de réalisation d'un matériau d'isolation thermique selon l'invention, La figure 7 illustre un autre procédé par 10 lequel des articles d'isolation thermique selon l'invention peuvent être fabriqués, La figure 8 illustre un procédé de formation d'articles incurvés d'isolation thermique selon l'invention, La figure 9 représente un panneau avec une seule rainure usinée sur une face, La figure 10 représente le panneau de la figure 9 plié suivant la ligne de la rainure, La figure 11 représente un panneau comportant 20 un certain nombre de rainures usinées sur une face, et La figure 12 représente le panneau de la figure 11 plié suivant les lignes des rainures. La structure en nid d'abeille représentée 25 sur la figure 1 est basée sur une cellule hexagonale, tandis que la structure représentée sur la figure 2 est basée sur une cellule triangulaire et la structure de la figure 3 sur une cellule circulaire. La matière de la structure en nid d'abeilles 30 peut être choisie parmi un grand nombre de matières comprenant par exemple des métaux comme de la feuille d'aluminium, des matières minérales comme des céramiques ou des matières organiques comme des matières plastiques, des produits tissés ou du papier La structure peut 35 également être faite d'une combinaison de matières. Si la matière possède une faible rigidité naturelle, des additifs peuvent être utilisés Par exemple, du papier peut être raidi avec une résine phénolique. La matière de la structure en nid d'abeilles peut être une matière combustible mais le matériau d'isolation thermique incorporant la structure en nid d'abeilles est relativement incombustible comme cela sera expliqué plus en détail par la suite. Lorsque le matériau d'isolation thermique doit avoir une rigidité variable, la dimension des cellules de la structure en nid d'abeilles ou l'épaisseur 10 de la matière qui la forme peuvent être modifiées dans des régions déterminées. La figure 4 illustre un procédé par lequel un panneau d'un matériau d'isolation thermique selon l'invention peut être fabriqué. La structure en nid d'abeilles 10 est diposée sur une surface plane 11 entourée par les parois 12 d'un moule La matière d'isolation 13, dans une quantité correspondant à peu près à 5 fois le volume occupé par la structure en nid d'abeilles est 20 ensuite versée dans le moule et répartie uniformément dans la structure en nid d'abeilles La matière d'isolation est tassée dans les cellules en nid d'abeilles par un piston 14 qui est ajusté à l'intérieur des parois 12 du moule. L'air est chassé de la matière d'isolation lorsqu'elle est tassée en utilisant le piston 14 qui comporte une surface poreuse ou par des ouvertures 15 qui le traversent Mais dans le cas d'un piston de petite surface, il convient de permettre à l'air 30 de s'échapper par l'intervalle 16 qui subsiste entre le piston et les parois du moule; Le tassement de la matière d'isolation sous l'effet de la pression exercée par le piston déplace ce dernier jusqu'à la surface de la structure en nid d'abeilles ou au voisinage Quand la pression est relachée, le produit formé par la structure en nid d'abeilles contenant la matière d'isolation tassée est sorti dumoule. La matière d'isolation peut subsister au dessus du niveau de la structure en nid d'abeilles. Eventuellement, le surplus de matière d'isolation peut être éliminé par brossage ou grattage afin de laisser cette matière d'isolation au même niveau que la structure en nid d'abeilles. La matière d'isolation finement divisée peut être une matière d'isolation micro-poreuse ou elle 10 peut être choisie dans une large plage d'autres poudres, comme le gel de silice, la silice volatilisée, le silicate de calcium, la verniculite et la perlite et des oxydes métalliques finement divisés comme l'alumine et l'oxyde de titane. Les matières micro-poreuses sont des matières qui ont une structure en réseau dans laquelle la dimension interstitielle moyenne est inférieure au trajet libre moyen des molécules d'air ou autre gaz dans lequel la matière micro-poreuse est placée. 20 Il en résulte une conductivité thermique qui est inférieure à la conductivité moléculaire de l'air ou d'autres gaz dans lequel la matière est utilisée La structure en réseau est créée dans une matière finement divisée en utilisant une poudre avec de très fines 25 particules qui adhèrent entre elles dans une formation en chaine Une poudre qui convient pour produire cette structure est une silice finement divisée d'une forme normalement appelée aérogel de silice ou silice pyrogénique Une autre poudre est le noir de carbone 30 finement divisé. Pour une utilisation à haute température, une opacification aux infrarouges peut être souhaitable ou nécessaire et cela peut se faire en additionnant à la matière finement divisée diverses matières d'opa35 cification comme des poudres métalliques réfléchissantes ou des oxydes métalliques ayant un indice de réfraction élevé comme l'oxyde de manganèse, l'oxyde de chrome, le bioxyde de titane, l'oxyde de fer et l'oxyde de zirconium Des matières absorbant les infra-rouges comme le noir de carbone peuvent aussi convenir. Il peut être souhaitable d'inclure dans la matière d'isolation thermique finement divisée une matière en fibres de renforcement, particulièrement quand la dimension des cellules de la structure en nid d'abeilles est supérieure à environ 5 mm Cette matière en fibres peut consister en des fibres de céramique, des fibres de verre, de coton, de rayonne et autres fibres synthétiques, des fibres de carbone ou autres fibres généralement utilisées pour un renforcement. Toute matière peut être additionnée à la 15 matière finement divisée si elle est soigneusement mélangée avec cette matière divisée avant que la matière d'isolation soit versée dans le moule. Si la matière d'isolation finement divisée consiste en une matière microporeuse, il peut être souhaitable de modifier le procédé décrit ci-dessus. Par exemple, si de la silice micro-poreuse est tassée, lorsque la pression de tassement est ensuite relachée, le volume de la silice tassée peut augmenter jusqu'à 20 % Ainsi, bien que la matière d'isolation puisse être tassée jusqu'au niveau de la structure en nid d'abeilles, lorsque la pression de tassement est relachée, cette matière se dilate au-dessus du niveau de la structure en nid d'abeilles, nécessitant une opération de surfaçage lorsqu'il est nécessaire que la matière d'isolation soit au même niveau que la structure en nid d'abeilles. Il est apparu que ce problème pouvait être résolu en disposant sur la face du piston une matière élastique 17, qui, quand la matière d'isolation est soumise à la pression de tassement maximal, se déforme en venant en contact avec la structure en nid d'abeilles, mais en tassant la matière d'isolation au-dessous du niveau de la surface de cette structure Quand la pression de tassement est relâchée, la matière d'isolation se dilate de manière que sa surface soit au niveau de la surface de la structure en nid d'abeilles ou au-dessous. Un autre procédé pour tasser la matière d'isolation au-dessous du niveau de la surface de la structure en nid d'abeilles consiste à positionner une membrane souple entre la surface de la matière d'isolation et le piston et de prévoir un dispositif pour appliquer une pression fluidique à la membrane. Quand la matière d'isolation a été tassée, de manière que le piston soit au niveau de la surface de la structure en nid d'abeilles ou au voisinage, la pression 15 fluidique est appliquée à la membrane entrainant un autre tassement de la matière d'isolation jusqu'à un niveau au-dessous de la surface de la structure en nid d'abeilles La membrane peut être faite en caoutchouc ou en matière plastique qui est gonflée 20 par de l'air introduit par des ouvertures dans le piston ou par des rainures prévues à la surface de ce piston En variante, un fluide peut être enfermé en permanence dans l'espace entre la membrane et le piston. Si cela est désiré, une seconde membrane peut être positionnée entre la structure en nid d'abeilles et la surface du moule sur laquelle est supportée la structure en nid d'abeilles En gonflant la seconde membrane, il est possible de contrôler le tassement de la matière d'isolation par les deux faces de la structure en nid d'abeille. Il est évidemment possible que deux pistons agissent par les côtés opposés de la structure en nid d'abeilles Il est également possible qu'une pellicule 35 soit appliquée sur une face de la structure en nid d'abeilles avant que la matière d'isolation, y soit tassée. Il peut aussi être souhaitable de supporter la structure en nid d'abeilles sur une surface qui est perforée pour permettre à l'air de s'échapper de la matière d'isolation pendant le tassement ou pour permettre une évacuation de matière d'isolation afin de faciliter l'opération de tassement. La matière d'isolation peut être tassée dans la structure en nid d'abeilles à des densités allant de 80 à 800 kg/m 3, selon les besoins Le produit 10 résultant est suffisamment rigide pour être manipulé et il peut être usiné pour obtenir différentes dimensions suivant sa longueur, pour produire les formes voulues et pour créer des ouvertures L'usinage peut être effectué par des dispositifs de coupe mécanique ou 15 par laser. Dans le but d'assurer que des bords relativement réguliers soient produits quand des ouvertures sont formées et des profils sont usinés, il peut être souhaitable d'appliquer une pellicule -18 sur une face 20 o les deux de la structure en nid d'abeilles 10 comme le montrent les figures 5 et 6, de manière que la pellicule soit collée sur la structure en nid d'abeilles et/ou sur la matière d'isolation 13 La pellicule peut être métallique, en matière plastique, en produit tissé ou non, en papier ou autre matière en feuille appropriée. D'autres traitements de surface peuvent aussi être appliqués sur le produit pour améliorer les propriétés de manutention; par exemple, ils peuvent être revêtus de peinture ou d'une matière résineuse. Si la pellicule consiste en une plaque rigide, le produit peut être utilisé par exemple pour des parois isolantes ou des portes coupe-feu, simplementen collant des pellicules de renforcement sur le produit Normalement, la silice micro-poreuse 35 est sévèrement endommagée par le contact avec l'eau bien qu'il soit quelquefois possible de prévoir un traitement qui lui donne une certaine résistance à l'eau Mais une haute résistance à l'eau est obtenue lorsque des pellicules imperméables sont appliquées à ce produit et quand la matière de la structure en nid d'abeilles est imperméable à l'eau. Les produits selon l'invention sont particulièrement utiles lorsque le besoin existe d'un matériau d'isolation thermique léger de haute résistance ayant une très faible conductivité thermique. La chaleur est conduite dans ces produits à la fois par la matière d'isolation thermique tassée et par les parois de la structure en nid d'abeilles Il est surprenant de constater que les parois de la structure en nid d'abeilles peuvent être extrêmement minces bien que le produit résultant offre une haute résistance et une haute rigidité Il est apparu que cela résulte du fait que les parois de la structure en nid d'abeilles sont maintenues fermement en position par la matière d'isolation thermique tassée, de sorte que la solidité résultante du produit résulte à la fois de la structure en nid d'abeilles et de la matière d'iso20 lation thermique Il est possible de s'attendre à ce que les parois de la structure en nid d'aveilles puissent s'affaisser pendant le tassement de la matière d'isolation thermique dans cette structure Mais il s'est avéré que lorsque la matière d'isolation thermique est comprimée, elle consolide et supporte les parois de la structure en nid d'abeilles et les protège contre tout affaissement, de sorte que des pressions de moulage très élevées peuvent être utilisées. Etant donné que des structures en nid 30 d'abeilles à parois minces peuvent être utilisées, la chaleur conduite par cette structure est faible et la conductivité thermique globale du produit est très similaire à celle de la matière d'isolation thermique, spécialement lorsque des matières de faible conducti35 vité thermique sont utilisées pour la structure en nid d'abeilles. Il est apparu que même si la matière de la structure en nid d'abeilles est combustible, le produit reste pratiquement incombustible Cela est particulièrement vrai quand la matière d'isolation thermique consiste en de la silice micro-poreuse. Lorsqu'une flamme est mise en contact avec une surface du produit, la matière d'isolation thermique interdit le libre accès à l'oxygène ce dont il résulte que des matières organiques dans la structure en nid 10 d'abeilles se carbonisent et s'oxydent lentement à partir de la face chaude du produit La faible conductivité thermique du produit assure normalement que la face froide de ce produit reste au-dessous des températures de carbonisation et d'oxydation de 15 sorte que, bien que des parties de la structure en nid d'abeilles puissent être éventuellement détruites, le reste de la structure maintient la matière d'isolation thermique en position de sorte que le produit conserve son intégrité et résiste à la pénétration du 20 feu Si la structure en nid d'abeilles est détruite à la face chaude du produit, la pression résiduelle de la matière d'isolation thermique entraine que cette matière se dilate et ferme les intervalles créés par la disparition de la structure en nid d'abeilles, 25 protégeant ainsi le reste de la structure plus proche de la face froide. La figure 7 illustre un autre procédé par lequel des panneaux de matériau d'isolation thermique selon l'invention peuvent être fabriqués. La figure 7 montre une structure en nid d'abeilles 20 disposée sur une bande flexible 21 supportée par un certain nombre de rouleaux 22 De la matière d'isolation 23, dans une quantité correspondant à environ 5 fois le volume occupé de la structure en 35 nid d'abeilles, est introduite dans cette structure qui est entrainée par la bande flexible 21 de manière que la matière isolante soit tassée dans la structure en 1 1 nid d'abeilles par une autre bande 24 supportée par des rouleaux 25, la bande 24 étant inclinée par rapport à la bande 21 pour permettre un tassement progressif de la matière d'isolation Eventuellement, les bandes 5 21 et 24 peuvent être supprimées mais une disposition quelconque pour supporter initialement la matière isolante dans la structure en nid d'abeilles doit être prévue Il est en outre possible de tasser la matière d'isolation entre une seule paire de rouleaux, au lieu 10 des rouleaux multiples, comme le montre la figure 7. En variante, la matière isolante peut être tassée par vibrations dans la structure en nid d'abeilles. Des formes circulaires, semi-circulaires ou incurvées maniables peuvent être réalisées en formant 15 un panneau sur un rouleau comme le montre la figure 8. Comme il ressort de cette figure, un panneau 30 est formé dans une forme incurvée par des rouleaux 31, 32 appliquant le panneau contre un rouleau de mise en forme 33 Le panneau est maintenu dans sa 20 forme incurvée par application d'une pellicule, ou d'une pellicule supplémentaire, sur la surface intérieure radialement du panneau Cette pellicule, au moins après qu'elle a été appliquée sur la surface du panneau incurvé doit être pratiquement inextensible 25 afin de maintenir la courbure du panneau Ces formes incurvées peuvent également être obtenues en mettant en forme la structure en nid d'abeilles entre les rouleaux 31, 32, 33 et en tassant ensuite de la matière d'isolation dans les cellules de la structure en nid d'abeilles 30 et en appliquant une pellicule sur la surface intérieure radialement de la forme incurvée La pellicule peut être appliquée avant ou après le tassement de la matière d'isolation dans la structure en nid d'abeilles. En variante à la mise en forme d'un panneau 35 entre des rouleaux, des formes approximativement en arc de cercle peuvent être obtenues comme le montrent les figures 9 et 10, en prévoyant au moins sur la surface inférieure d'un panneau 40, un revêtement flexible comme par exemple des fibres de verre La surface supérieure peut également être munie de ce revêtement. Une rainure en V 41 est usinée dans la surface supérieure du panneau, presque sur sa surface inférieure. La figure 10 montre le panneau 40 plié le long de la ligne de la rainure 41, de sorte qu'il se présente sous la forme d'un V et qu'il peut être utilisé par exemple pour isoler des tuyaux de petit diamètre. 10 Eventuellement un adhésif peut être appliqué à la rainure et en plus ou en variante, le panneau plié peut être muni d'un revêtement pour le maintenir dans cette forme. Le panneau 42 représenté sur les figures 11 15 et 12 est similaire à celui des figures 9 et 10 à l'exception que plusieurs rainures 43 ( 3 sont représentées dans ce cas) sont formées dans la surface supérieure du panneau Quand le panneau de la figure 11 est plié suivant les lignes des rainures 20 43 comme le montre la figure 12, le panneau plié résultant est plus voisin qu'un arc de cercle comme cela ressort de la comparaison des figures 10 et 12. Des traitements similaires à ceux mentionnés ci-dessus en regard des figures 9 et 10 peuvent être appliqués 25 aux panneaux des figures 11 et 12. REVENDICATIONS 1 Matériau d'isolation thermique, caractérisé en ce qu'il comporte une structure de renforcement en nid d'abeilles ( 10) et une matière d'isolation thermique ( 13) finement divisée, tassée dans les cellules de la structure en nid d'abeilles. 2 Matériau selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une pellicule ( 18) collée sur l'une de ses faces ou sur les deux. 3 Matériau selon la revendication 2, caractérisé en ce que la pellicule ( 18) est faite d'un métal, d'une matière plastique, d'un produit textile tissé ou non tissé, ou de papier. 4 Matériau selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la structure en nid d'abeilles ( 10) est faite d'un métal, d'une matière minérale ou d'une matière organique. Matériau selon la revendication 4, caractérisé en ce que la structure en nid d'abeilles est faite en papier. 6 Matériau selon la revendication 5, caractérisé en ce que le papier est raidi avec une résine phénolique. 7 Matériau selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la matière d'isolation thermique ( 13) finement divisée consiste en une matière d'isolation thermique microporeuse, en gel de silice, en silice volatilisée. en silicate de calcium, en vermiculite, en perlite, en alumine ou en oxyde de titane finement divisé. 30 8 Matériau selon la revendication 7, caractérisé en ce que la matière d'isolation thermique ( 13) finement divisée consiste en de la silice pyrogénique micro-poreuse ou en un aérogel de silice. 9 Matériau selon la revendication 7 ou 8, 35 caractérisé en ce que la matière d'isolation thermique ( 13) finement divisée contient une matière d'opacification aux infrarouges. Matériau selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que la matière d'isolation thermique ( 13) finement divisée contient une matière en fibres de renforcement. 11 Procédé de fabrication d'un matériau d'isolation thermique, caractérisé en ce qu'une matière d'isolation thermique ( 13) finement divisée est tassée dans les cellules d'une structure de renforcement en nid d'abeilles ( 10). 12 Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'une pellicule ( 18) est collée sur l'une des faces du matériau ou sur les deux. 13 Procédé selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce qu'il est mis en forme circu15 laire, semi-circulaire ou incurvée et qu'une pellicule est collée sur la surface intérieure radialement du matériau. 14 Procédé selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que la structure en nid d'abeilles ( 10) est mise en forme circulaire, semicirculaire ou incurvée avant le tassement de la matière d'isolation ( 13) dans les cellules de la structure en nid d'abeilles et, qu'après le tassement, une pellicule est collée sur la surface intérieure 25 radialement du matériau. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'au moins une rainure en V est formée dans une face du matériau, cette rainure allant pratiquement jusqu'à la pellicule ( 18) collée sur 30 l'autre surface du matériau 16 Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 15, caractérisé en ce que le tassement est effectué au moyen d'un ou plusieurs rouleaux.