Brevet FR2609709A1 — publié le 19880722

"Pièces isolantes thermiques en fibres, et procédé pour leur préparation" Des procédés de préparation de pièces isolantes thermiques faitesde fibres céramiques, réfractaires ou résistantes au feu, sont en eux-mêmes connus. Habituellement on réalise une dispersion aqueuse des f - bres et on la met en forme par déshydratation pour obtenir des pièces, par exemple des mats de fibres, ces mats de fibres étant alors éventuellement mis sous for- me d'ébauches par d'autres procédés de mise en forme, par exemple par compression. D'après DE-OS 34 44 397.5 on connaît des pièces en fibres résistantes au feu ou réfractaires, qui peuvent contenir encore, outre des fibres réfractaires et/ou résistantes au feu, des ma- matières résistantes au feu et/ou réfractaires à grains fins ou particules fines. En outre, on sait déjà d'après DE-AS 19 47 904 que l'on peut utiliser par exemple un sol de dioxyde de silicium et de l'amidon, c'est-à-dire un liant minéral et un liant temporaire. D'après OE- PS 379 365, on connaît en outre un procédé de prépara- tion de plaques non combustibles dépourvues d'amiante, dans lequel on emploie de 3 à 7% en poids de fibres dans la préparation de plaques non combustibles dépourvues d'amiante, en utilisant de l'amidon et de l'argile plastique non cuite ainsi que des fibres minérales vi- treuses. Comme fibres organiques, on mentionnera ici en particulier les fibres de cellulose et les fibres de cellulose pulvérisées. L'objet de l'invention est de mettre au point des pièces isolantes thermiques à partir de fibres cé- ramiques, réfractaires ou résistantes au feu et éven- tuellement d'autres substances réfractaires ou résistan- tes au feu et de liants temporaires et/ou permanents, la préparation de pièces de mats de fibres et à partir de celles-ci, dans une seconde étape, la préparation de pièces finales comprimées étant possibles, et ces piè- ces possédant une grande élasticité. Pour réaliser cet objet, on fait appel aux pièces isolantes thermiques du type mentionné plus haut, qui se caractérisent en ce qu'elles contiennent de 5 à % en poids de fibrides de polymères organiques. (Les fibrides sont des fibres synthétiques de polymères, courtes, ramifiées, à structure de type touffes ou flo- cons, non filables, que l'on prépare par évaporation ra- pide du solvant ("flash spinning") ou précipitation ra- pide à partir de la solution). Selon un mode de réalisation préféré, lés pièces contiennent de 15 à 30% en poids de fibrides. En général la teneur en fibrides ne doit pas se situer au-dessous de 10% en poids, étant donné que selon la mise en forme, des fissures peuvent apparaî- tre dans les pièces, en particulier lorsqu'on les sou- met à des efforts importants, par exemple lorsque dans la mise en forme finale des pièces de mats de fibres, on doit préparer des pièces ayant de faibles rayons de courbure. Selon l'autre réalisation, les pièces peuvent contenir, comme autres substances, de la vermiculite dans un rapport des fibres céramiques à la vermiculite tel que 80:20 à 30:70. On conduit le procédé selon l'invention de fa- çon connue, en ajoutant cependant à la dispersion de départ de 5 à 40% en poids de fibrides et de préférence de 15 à 30% en poids de fibrides, ces données en pour- centage se rapportant à chaque fois aux pièces finies et séchées ou aux ébauches séchées, par exemple dans le cas des mats de fibres, qui doivent être ultérieurement mises en forme. Selon un autre mode de réalisation préféré du procédé selon l'invention, on comprime la pièce de mat de fibres après sa préparation, c'est-à-dire la déshy- dratation à des températures auxquelles on peut mettre en forme le polymère des fibrides. Cette température de mise en forme peut se situer soit au-dessus de la tempé- rature de ramollissement des polymères, soit au-dessus du point de fusion des polymères. Selon un autre mode de réalisation préféré on prépare la pièce isolante thermique finale par moula- ge de la pièce de mat de fibres chauffée. On peut ici chauffer la pièce de mat de fibres avec de l'air chaud À ou entre des plaques chauffantes, puis la mettre en for- me ou dans un moule légèrement chauffé, grâce à quoi l'on peut éviter l'adhérence de la pièce au moule et obtenir une courte durée de cycle de mise en forme. La pièce finale se caractérise particulière- ment par une faible conductivité thermique, qui est en particulier inférieure à la conductivité thermique des pièces de mat de fibres de plus faible densité apparen- te. Selon un autre mode de réalisation préféré, on peut, avant la compression effectuée après la pré- paration de l'ébauche, p. ex. un mat, procéder à un chauffage de 120-180 C, pour produire ainsi une cohé- sion temporaire des divers composants du mat, soit par activation d'un liant organique, comme l'amidon, soit par fusion du polymère à partir duquel apparaissent les fibrides. Les fibrides de polymères utilisées dans les pièces fibreuses selon l'invention sont des produits du commerce que l'on peut préparer à partir de divers po- lymères. Selon un autre mode de réalisation préféré, on utilise des fibrides de polyoléfines, p. ex. des fibrides de polyéthylène ayant un point de ramolisse- ment de 125 à 135 C ou de polypropylène ayant un point de ramollissement de 155 à 165 C. Selon un autre mode de réalisation préféré, on utilise de l'acide silicique colloidal comme liant mi- néral pour les pièces fibreuses dans leur préparation. On conduit le procédé selon l'invention de fa- çon connue, c'est-à-dire qu'outre les produits de départ habituels sous forme de fibres céramiques et éventuelle- ment d'autres substances réfractaires et/ou résistantes au feu, en particulier des substances en fines particu- les, telles qu'employées selon DE-OS 34 44 397, la dispersion aqueuse employée pour la préparation des piè- ces contient encore des fibrides en polymères organi- ques en quantités telles que la pièce séchée contient 5 à 40% en poids de ces fibrides. La mise en forme des pièces de mat de fibres peut s'effectuer de façon connue, p. ex. sur des moules-tamis ou encore par décantation de la suspension aqueuse. Dans ce mode de mise en forme, on obtient ha- bituellement des pièces de mats de fibres ayant des épaisseurs différentes, cette épaisseur dépendant de la quantité de dispersion accumulée sur le tamis et fil- trée par succion et pouvant être ajustée ainsi. On peut alors sécher de façon connue ces ébau- ches sous forme de mats, p. ex. à des températures al- alant jusqu'à 120 C. On peut ensuite effectuer la mise en forme donnant les pièces finales soit directement, soit encore avec un traitement ultérieur, auquel cas il convient de chauffer ces mats à des températures aux- quelles le polymère des fibrides se laisse déformer, p. ex., dans le cas de l'utilisation de fibrides de po- lyéthylène ayant un point de fusion d'environ 135 C, à des températures de 160 à 180 C; dans cette opération, on applique en pratique une pression de 3 à 100 bar, de préférence de 5 à 20 bar. Généralement, le chauffage à la température élevée comprise entre 160 et 180 C ne doit durer que quelques minutes, par exemple 3 à 20 minutes, ceci dépendant de l'épaisseur des mats employés comme ébauches, qu'il s'agit de mettre en forme. Grâce à la teneur en fibrides des pièces de mats de fibres, il est également possible de préparer des pièces à partir de deux parties d'ébauches, ces ébauches se soudant l'une à l'autre à leur surface de contact grâce à une compression à des températures élevées, p. ex. 180 C pendant 3 minutes à 80 bar. Dans ce mode de réalisation, on ajuste de façon parti- culièrement préférée la teneur en fibrides à 20 à 40% en poids par rapport aux pièces séchées. En pratique, pour les pièces compliquées, on effectue le refroidissement en mettant le moule sur la pièce, afin qu'il ne se produise pas de gauchissement de la pièce finale. L'invention est précisée à l'aide des exemples suivants: EXEMPLE 1 On disperse de façon homogène 3 kg de fibres céramiques, d'une épaisseur de 1-3 um et d'une longueur de 1-5 mm, avec une température limite d'application de 1250 C, dans un récipient, dans 600 litres d'eau, au moyen d'un agitateur mécanique. A cette dispersion, on ajoute une dispersion aqueuse à environ 3% de fibrides de polyéthylène, d'un point de fusion d'environ 135 C, préparée séparément. Tout en agitant, on ajoute alors 900 g d'un sol d'acide si- licique aqueux à 40% ainsi que 150 g d'une dispersion aqueuse de polyacrylate. En outre, on ajoute encore une solution cationique d'amidon à 0,2% jusqu'à ce que se soit produite une floculationrégulière et que la so- lution antérieurement trcble soit devenue limpide. La teneur en fibrides s'élève à 30% en poids par rap- port aux corps solides. A partir de cette dispersion, en filtrant par succion l'eau de la dispersion sur un tamis sous vide, on prépare un mat humide d'une épais- seur d'environ 6 mm. On sèche ce mat à une température de 110 C pendant 4 h. Ce mat de fibres, que l'on peut décrire comme étant une ébauche, a une densité apparente de kg/m3 et une résistance à la traction de 1N/mrm2 et plus. On met alors l'ébauche dans une presse à pla- ques et on la presse à 180 C pendant 3 minutes sous une pression de 20 bar, puis on la refroidit dans la presse à 100 C et on retire alors seulement du moule la pièce finale, c'est-à-dire le mat comprimé. A l'aide de tas- seaux, on ajuste l'épaisseur de la pièce finie à 2mm. Cette pièce de 2 mm d'épaisseur est élastique et on peut la plier sans qu'elle ne se brise ni que des fissures apparaissent. EXEMPLE 2 On comprime le mat de fibres préparé dans l'exemple 1, c'est-à-dire l'ébauche, dans une presse à poinçon/matrice, en une forme d'assiette dans les conditions indiquées dans l'exemple 1, mais avec un temps de contact de 5 minutes, et l'on obtient comme produit final une pièce dépourvue de fissures. EXEMPLE 3 On dispose l'un sur l'autre deux mats de l'ébauche selon l'exemple 1 dans une presse et on les comprime dans les conditions indiquées dans l'exemple 1, des pièces finales, et l'on ajuste avec des tasseaux l'épaisseur à 3,0 mm. Après compression et refroidisse- ment les mats comprimés sont soudés l'un à l'autre et ne sont plus séparables. EXEMPLES 4 à 6 On répète le mode opératoire de l'exemple 1, et l'on ajuste le pourcentage des fibrides à 5, 10, et 40% en poids. Du point de vue de l'aptitude au moulage, on obtient de bons résultats, cependant, dans les pièces avec 5 et 10% en poids de fibrides, pour des déforma- tions avec de faibles rayons de courbure, de légères fis- sures apparaissent déjà sur les pièces. Plus la teneur en fibrides est élevée, plus est forte l'aptitude au compactage de la matière lors de la compression à hautes températures. EXEMPLE 7 On utilise 6 kg de vermiculite gonflée ayant une granulométrie allant jusqu'à 2 mm et 4 kg de fibres céramiques correspondant à celles de l'exemple 1, avec 750 litres d'eau. Après addition de 4,1 kg d'une disper- sion à 3% de fibrides et de 300 g d'une dispersion aqueuse de polyacrylate, o: fait flocuier la dispersion par addition d'une solution de polyacrylamide. Sur un tamis, on prépare une pièce de mat de fibres en filtrant l'eau par succion, puis en séchant. On peut utiliser les pièces isolantes thermi- ques selon l'invention comme couches de revêtement ou gaines isolantes et comme garnitures et remplissages dans les joints des appareils et canalisation thermi- ques. Les pièces isolantes thermiques conviennent, de par leur stabilité dimensionnelle et leur bonne adap- tation ainsi que leur solidité et leur élasticité, pour par exemple la pose et la fixation de catalyseurs céra- miques employés dans les canalisations. REVENDICATIONS 1. Pièces isolantes thermiques, faites de fibres céramiques réfractaires ou résistantes au feu et éventuellement d'autres substances réfrac- taires ou résistantes au feu et de liants tempo- raires et.'ou durables, caractérisées en ce qu'elles contiennent de 5 à 40% en poids de fibrides prove- nant de polymères organiques. 2. Pièces isolantes thermiques selon la revendication 1, caractérisées en ce que leur teneur en fibrides s'élève à 15 à 30% en poids. 3. Pièces isolantes thermiques selon la revendication 1, caractérisées en ce qu'elles contiennent comme autre substance de la vermiculite dans un rapport des fibres céramiques à la vermiculite de 80:20 à 30:70. 4. Procédé de préparation des pièces selon la reven- dication 1, caractérisé en ce qu'on prépare de façon connue des pièces de mat de fibres à partir d'une suspension aqueuse des produits de départ, tout en ajoutant dans la dispersion de départ de 5 à % en poids de fibrides de polymères organiques par rapport aux pièces séchées et finies de mats de fibres. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé il en ce qu'on comprime la pièce de mat de fibres après sa préparation et le séchage, à des températures auxquelles le polymère des fibrides se laisse donner une forme, pour obtenir la pièce finale. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la compression des pièces finales s'effec- tue par moulage. 7. Procédé selon les revendications 5 ou 6, caracté- risé en ce qu'avant de comprimer la pièce de mat de fibres, on la chauffe à 120-180 C pour lui donner de la cohésion. 8. Procédé selon les revendications 4 à 7, caracté- risé en ce qu'on utilise des fibrides en polyoléfines. 9. Procédé selon les revendications 4 à -8, caracté- risé en ce qu'on utilise, comme agent liant minéral, de l'acide silicique colloïdal.