Brevet FR2614388A1 — publié le 19881028

La présente invention concerne un procédé permettant de fabriquer un matériau calorifuge, destiné à une utilisation à température élevée, en employant des substances non organiques réfractaires, telles que notamment des fibres de verre et/ou des fibres minérales, selon lequel, au cours de la fabrication du matériau calorifuge, on apporte aux substances non organiques des additions de substances organiques servant à leur liaison, leur finissage ou analogue. On fabrique des feutres de fibres minérales en réduisant en fibres, dans des appareillages prévus à cet effet, des masses minérales fondues et en les déposant sur une bande continue de production, les fibres qui tombent sur celle-ci recevant une pulvérisation de liant, en général de résine phénolique. Il se forme, sur la bande continue de production, une couche de fibres qu'on comprime à l'aide de cylindres, le liant étant durci dans un four tunnel. Suivant le degré de compression et la teneur en liant, on obtient des feutres peu compacts et qu'on peut rouler, offrant une faible densité apparente, de par exemple 15 à 30 kg/m3, ou des plaques plus compactes et plus dures, offrant des densités apparentes plus élevées, atteignant 200 kg/m3 et plus. On utilise les feutres ou plaques de fibres minérales ainsi produits, pour résoudre les divers problèmes d'isolation thermique et on les adapte du mieux possible à l'application considérée, grâce à un choix approprié de la densité apparente, de la teneur en liant, du finissage, etc.. Dans la mesure où on doit utiliser de tels feutres de fibres minérales pour l'isolation thermique d'appareils chauffants, leurs propriétés précises se déterminent plus particulièrement en accord avec le fabricant d'appareils et leur livraison s'effectue avec des feutres de fibres minérales spécialement préparés pour eux et qui sont alors mis en place dans les appareils chez leur fabricant. Si un tel produit sert alors pour l'isolation thermique de surfaces chaudes d'appareils chauffants, il se produit, au cours du fonctionnement de l'appareil, une arrivée considérable de chaleur sur la face du feutre de fibres minérales qui est tournée vers la surface chaude. Même si, compte tenu de sa destination, ce feutre de fibres minérales assure une bonne isolation thermique, en créant ainsi une forte chute de température à travers son épaisseur, les zones superficielles voisines de la surface chaude peuvent néanmoins être soumises à des températures de plusieurs centaines de OC. La charge thermique précise existant dans le cas partictlier considéré est déterminée par les propriétés de l'appareil que le fabricant d'appareils garnit de produit en fibres minérales. Toutefois, les liants habituellement utilisés, tels qu'une résine phénolique, ne résistent qu'à des températures de 100 OC à 200 OC et se décomposent donc à des températures plus élevées. Il se dégage à cette occasion des gaz qui, bien que non nocifs en soi, émettent une odeur ressentie parfois comme désagréable, si bien que, lors de la mise en service d'appareils chauffants neufs comportant de telles isolations thermiques, de telles odeurs sont inévitables dans la phase initiale, jusqu a ce que le liant présent dans les zones subissant une charge thermique se soit décomposé et qu'il ne se dégage plus de gaz lors du renouvellement ou de la poursuite de la charge thermique. Afin d'éviter une telle incommodation par 1' odeur, on a déjà travaillé avec des feutres de fibres minérales sans liant, auxquels il n'est donc pas ajouté de liant dans la goulotte de chute située au-dessous de l'appareil de réduction en fibres. A la place de cela, le renforcement mécanique du feutre s'effectue à l'aide d'aiguilles, de piquages ou analogues. Bien que, de cette manière, on évite l'incommodation due à l'odeur, on ne peut toutefois produire de tels feutres aiguilletés, mats piqués et analogues dans des conditions de fabrication industrielle qu'à de faibles vitesses de production, de par exemple 10 m/mn, étant donné que le traitement mécanique du feutre demande un certain temps. Dans le cas de feutres de fibres minérales contenant un liant, les vitesses habituelles de production sont de l'ordre de grandeur de 40 m/mn et plus, ce qui permet une fabrication industrielle beaucoup plus rationnelle. En vue d'une isolation thermique hautement efficace des appareils chauffants, notamment de fours électriques à accumulation nocturne, on utilise aussi fréquemment un matériau calorifuge microporeux à base d'oxyde métallique produit par pyrogénation, en particulier un aérogel de silice, ce matériau comportant un renforcement de fibres minérales ou céramiques et une addition d'opacifiant et étant comprimé sous forme de plaque. La présente demanderesse produit un tel matériau calorifuge sous la désignation MINILErr (marque déposée). Ainsi qu'il est par exemple connu par le DE-A-2.928.695, on peut, à cet effet, introduire le matériau pulvérulent dans une enveloppe de tissu de fibres de verre et l'y comprimer à la densité apparente voulue. L'enveloppe sert dans ce cas à assurer l'intégrité mécanique de la plaque ainsi formée, étant donné que la poudre à base d'aérogel de silice ne contient en général pas de liant afin de ne pas nuire à la capacité d'isolation thermique. C'est sous cette forme enveloppée que les plaques sont livrées au fabricant d'appareils, par exemple au fabricant de fours à accumulation nocturne, et sont mises en place par celui-ci dans les appareils. Lors de la fabrication de tissus de fibres de verre, on applique aux fils en filaments de verre un revêtement d'encollage qui permet de les travailler sans endommagement dans le métier à tisser. Cet encollage est principalement constitué de matières organiques usuelles à cet effet. On stabilise en outre souvent le tissu fini à l'aide d'un revêtement d'encollage afin d'accroître ses propriétés anti-éraillantes et sa résistance au flambage. Lors de la mise en service du four à accumulation nocturne, on atteint la température de service de plusieurs centaines de OC et, à cette occasion, l'encollage organique se décompose en libérant les gaz correspondants, s'accompagnant d'une incommodation due à l'odeur, jusqu a ce que cet encollage ne soit plus présent qu'à l'état décomposé et qu'ait disparu cette source d' incommodation. Des incommodations analogues, dues aux odeurs, se présentent aussi lorsque le matériau calorifuge microporeux lui-même contient un liant destiné à un supplément de stabilisation, ou lorsque les plaques calorifuges sont munies d'enveloppes, ou sont revêtues de couches, qui contiennent des substances organiques qui se décomposent à la température d'utilisation. C'est pourquoi l'invention a pour but de fournir un procédé de fabrication de matériaux calorifuges pour utilisation à température élevée, du type précité, qui rende minimales, ou supprime totalement, de telles incommodations dues aux odeurs lors du début de l'utilisation à température élevée, sans que soient éventuellement nécessaires des interventions nuisibles sur le processus opératoire habituel qui a fait ses preuves dans la fabrication du matériau calorifuge. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé du type précité, caractérisé en ce que, avant son utilisation à température élevée, on soumet le matériau calorifuge, auquel on a apporté les additifs non organiques, à une action thermique qui conduit à une décomposition des additifs organiques au moins dans les zones de ce matériau calorifuge qui, lors de l'application prévue, sont soumises à une température située au-dessus de la température de décomposition des additifs organiques. De ce fait, le matériau calorifuge se trouve essentiellement produit de la manière habituelle, en utilisant des substances organiques, sans aucune intervention sur le processus opératoire qui a fait ses preuves. Toutefois, avant la première utilisation à température élevée, on soumet ce matériau calorifuge à une action thermique qui provoque la décomposition des composés organiques qui, sinon, se décomposent en cours d'utilisation. Cette action thermique peut conduire, sans nuire de façon indésirable à la structure non organique du matériau calorifuge, à une application de température qui correspond à celle se présentant lors de l'utilisation à température élevée, ou au contraire la dépasse ou ne l'atteint pas, suivant les conditions à chaque fois nécessaires pour une décomposition la plus complète possible des substances organiques concernées.On peut exécuter cette action thermique immédiatement avant l'application, par exemple la mise en place dans un four d'accumulation thermique, ou au contraire immédiatement à la suite de la finition ou d'une phase de celle-ci, suivant le moment où, dans le cas particulier, se présente la possibilité la plus favorable à cet effet. Si on utilise, comme matériau calorifuge, une matière microporeuse à moulage par compression , sans liant organique et placée dans une enveloppe en tissu de fibres de verre, et si, à la manière habituelle, il n'existe, comme seule substance organique, que l'encollage présent dans le tissu de fibres de verre, on peut, afin de décomposer l'encollage, soumettre la plaque ainsi enveloppée à l'action thermique appropriée , sur sa face qui est chaude lors de l'utilisation ultérieure. Dans ce mode avantageux de mise en oeuvre, on peut toutefois exercer l'action thermique appropriée sur le tissu de fibres de verre, avant qu'on ne le remplisse du matériau microporeux pulvérulent; étant donné que, en commun avec son contenu, ce tissu de fibres de verre forme une plaque calorifuge, il constitue aussi un matériau calorifuge conforme à l'invention.Dans ce cas d'une action thermique sur le tissu de fibres de verre seul, on n'a pas à tenir compte du caractère intact de la matière à moulage par compression, si bien qu'on dispose d'une grande liberté de choix dans la conduite du procédé. De plus, on peut éventuellement atteindre une simplification technique de l'installation si on élève la température de l'ensemble de la bande continue de tissu, en rouleau, ou si cette bande traverse une zone d'action thermique, au lieu de devoir traiter de la manière voulue les plaques calorifuges à l'état fini. Après l'action thermique servant à décomposer l'encollage organique, on peut à nouveau enduire le tissu de fibres de verre d'un encollage non organique, afin de pouvoir mieux le travailler au cours du remplissage, du piquage et de la compression. Plus particulièrement dans le cas de l'utilisation de verre non alcalin, relativement peu réfractaire, un tel encollage non organique peut en outre accroître ses propriétés réfractaires. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un feutre en fibres minérales se présentant en forme de rouleau ou de plaque et destiné à une utilisation à température élevée, notamment pour l'isolation thermique de surfaces chaudes présentes sur des appareils chauffants, tels que des fours de cuisson, selon lequel, en y ajoutant un liant organique de façon continue ou fractionnée, on dépose et comprime les fibres minérales sur une bande de production, de façon à donner un mat à teneur en liant qui est uniforme ou décroît à travers 1' épaisseur, et on durcit le liant.Dans ce cas, où on utilise comme matériau calorifuge un matériau en fibres minérales, le procédé conforme à l'invention prévoit, après avoir réalisé à la manière habituelle l'addition de liant, de soumettre ensuite la surface de la bande de fibres minérales, au cours de la production, à une action thermique qui produit avantageusement, sur cette surface de la bande de fibres minérales, une température superficielle d'au moins 500 OC. Grâce à une telle action thermique, le liant se trouve décomposé, ou épuisé, jusqu'à une profondeur voulue. Une telle décomposition, ou épuisement, du liant s'avère particulièrement judicieuse dans une zone superficielle, en complétant une addition de liant réduite pour cette zone superficielle, ce qui est d'autant plus favorable sur le plan coût compte tenu de la plus faible utilisation de liant.Compte tenu de l'épuisement qui va suivre, il n'est par contre besoin de prévoir aucun moyen complexe particulier pour obtenir déjà une zone presque dépourvue de liant dès le dépôt des fibres, mais on peut cependant réaliser une réduction de l'addition de liant sur les fibres situées du côté de la surface, dans une mesure où il n'y a à s'attendre en aucune façon à des perturbations du déroulement de la production. Avantageusement, l'action thermique nécessaire pour l'épuisement complet du liant situé du côté de la surface est exercée au-dessous d' une température qui correspond à la température de frittage des fibres minérales. De la sorte, cette action thermique peut s exercer, sans nuire aux fibres, d'une façon telle, et en un espace de temps tel, que la totalité du liant voulu est épuisée d'une manière sure, sans qu'on doive craindre une variation de la consistance des fibres minérales. D'une manière particulièrement avantageuse, on exécute, au cours d'une seconde phase, une action thermique seulement temporaire qui produit une température se trouvant au-dessus de la température de ramollissement des fibres. De ce fait, les fibres situées du côté de la surface se soudent entre elles à leurs points de contact et la surface se trouve rendue lisse et stabilisée. Ainsi, même après élimination du liant, il se crée dans cette zone un renforcement de la surface du feutre de fibres minérales qui est à chaque fois suffisant, si bien que, lors de la manipulation, ce feutre ne présente aucun inconvénient, tel qu'une tendance poussée à l'endommagement, par rapport à une plaque totalement durcie dans l'épaisseur ou analogue. Il est vrai qu'il est déjà connu, d'après les documents DE-A-3.147.316 et DE-A-3.504.873, de produire, sur un feutre de fibres minérales, une zone superficielle dépourvue de liant. Toutefois, les produits en fibres minérales considérés dans ce cas ne sont pas prévus pour une utilisation à température élevée, mais sont employés dans le bâtiment, à la température ambiante. L'élimination du liant dans une zone superficielle sert, dans un cas, à réduire la teneur en substances non organiques existant à cet endroit, afin d'influer sur le résultat d'un essai d'inflammation en puits, en utilisant en supplément un revêtement organique, et, dans l'autre cas, à réaliser des conduites de drainage pour un rejet d'eau. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, à titre d'exemple non limitatif et en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente une vue en perspective d'un four de cuisson dont la paroi extérieure est partiellement arrachée, la figure 2 représente, en coupe et à plus grande échelle, la zone à arrachement de la paroi de la figure 1 et la figure 3 représente une coupe d'une plaque calorifuge, en matière microporeuse à moulage par compression, enveloppée dans un tissu de fibres de verre. Sur le dessin, la référence 1 désigne un appareil chauffant, tel qu'un four de cuisson ou analogue, dont il n'est représenté qu'une paroi qui possède une surface chaude extérieure 3. Il convient de calorifuger celle-ci, par rapport à une paroi extérieure de bottier 4 de l'appareil chauffant i, sur un espace étroit et d'une façon telle que la face extérieure de cette paroi extérieure de bottier 4 n'offre pas de température trop élevée pour l'utilisation de l'appareil chauffant i. A cet effet, il est interposé, entre la paroi 2 et la paroi extérieure de bottier 4, un feutre de fibres minérales 5 qui offre, à la traversée de sa section transversale représentée, une chute brusque et convenable de température vers sa surface 8 se trouvant sur la paroi extérieure de bottier, comme cela est connu et usuel. A la manière usuelle, le feutre de fibres minérales 5 est réalisé avec, en tant que liant organique, de la résine phénolique qui, dans les feutres de fibres minérales habituels, est répartie d'une façon essentiellement homogène. Si la température de la surface chaude 3, dont la valeur maximale est déterminée par l'utilisation prescrite. de l'appareil chauffant i, atteint une valeur supérieure à environ 200 OC, la température qui se développe alors dans la zone superficielle du feutre de fibres minérales 5 qui est voisine de la surface chaude 3 et est désignée par la référence 6, est alors si élevée que le liant se trouvant à cet endroit serait décomposé. Il se dégage de ce fait des gaz qui, en soi, ne sont pas nocifs, mais sont parfois ressentis comme offrant une odeur incommodante. Afin d'éviter cela, le feutre de fibres minérales 5 est soumis, au cours de sa production chez le fabricant de fibres minérales dans le cas du présent exemple, à une action thermique qui est exercée sur la surface, désignée par la référence 7, de sa zone superficielle 6 et qui conduit à une décomposition correspondante du liant se trouvant à cet endroit. En variante, ou de façon auxiliaire, on peut aussi, dans le cadre du dépôt des fibres, réaliser une couche superficielle à teneur réduite en liant. Il en résulte dans chaque cas que la zone superficielle 6 est pratiquement dépourvue de liant organique jusqu a la ligne 9 indiquée en trait mixte, une fois le feutre de fibres minérales mis en place dans l'appareil chauffant i.En tenant compte de l'action thermique maximale obtenue à partir de la surface chaude 3 et de la chute de température dans le feutre de fibres minérales 5, on choisit la profondeur, désignée par t, de la zone superficielle 6 jusqu'à la ligne 9 indiquée en trait mixte de façon telle qu'il n'existe plus, à l'endroit de cette ligne 9, qu'une température de 150 OC ou moins, si bien que la zone du feutre 5 qui se trouve, sur le dessin, au-dessous de la ligne 9 n'est soumise à aucune action thermique qui décomposerait le liant s'y trouvant en créant une odeur incommodante. De cette manière, on évite d'une façon simple et sure une incommodation due à l'odeur lors de la première mise en service de l'appareil chauffant. Bien entendu, l'élimination du liant dans la zone superficielle 6 conduit à une réduction correspondante des forces de liaison existant à cet endroit. Dans les cas où, lors de la manipulation ou lors du montage, cela risque de gêner du fait d'une tendance à l'endommagement de la zone superficielle 6, on peut, au cours, ou à la suite, de l'élimination du liant, exercer une action thermique supplémentaire sur la surface de la zone superficielle 6, grâce à une température qui se trouve au-dessus de la température de ramollissement des fibres minérales. De ce fait, les fibres minérales situées du caté de la surface fondent les unes sur les autres, se lient et constituent une surface relativement ferme, résistante à l'usure et stable, sans qu'on utilise de liant organique. Etant donné que, bien que ce soit dans des buts tout à fait différents et pour. des cas d'utilisation tout à fait différents, la technique consistant à éliminer des feutres de fibres minérales le liant se trouvant du côté de la surface est connue en soi, de même que le renforcement du côté surface par ramollissement des fibres minérales, par exemple à l'aide de chalumeaux, on peut se passer d'une description et d'une représentation plus détaillées de ces techniques. La figure 3 représente une coupe transversale d'une plaque calorifuge qui comprend une enveloppe il en tissu de fibres de verre qui est fermée par des coutures 12 et qui, dans le cas de l'exemple ici représenté, possède, sur sa surface intérieure, un revêtement 13 comportant un encollage non organique. Cette enveloppe il entoure une matière microporeuse à moulage par compression 14 , à base, dans le cas du présent exemple, d'aérogel de silice, et qui possède des fibres minérales ou céramiques servant de renforcement, ainsi que d'opacifiant permettant de réduire la possibilité de traversée du rayonnement, comme cela est connu en soi. La fabrication d'une telle plaque calorifuge se réalise en remplissant d'abord de matière microporeuse pulvérulente l'enveloppe il encore ouverte, puis en la fermant tout autour à l'endroit des coutures 12 et en comprimant le coussin ainsi formé pour lui donner la forme représentée, ce qui fait subir un compactage voulu à la matière microporeuse à moulage par compression 14. Dans le cas du présent exemple, cette matière microporeuse à moulage par compression 14 pourrait ne comporter aucun liant organique, de sorte qu'il ne serait à craindre aucune odeur incommodante lorsqu'elle est chauffée. Par contre, le tissu de fibres de verre de l'enveloppe il contient un encollage organique. L'utilisation d'un tel encollage, en général en amidon et en une huile liant la poussière, est nécessaire pour le traitement de surface des fils en filaments de verre, afin de pouvoir travailler ceux-ci parfaitement dans le métier à tisser. Finalement, on assure le finissage du tissu fini à l'aide d'un encollage supplémentaire, afin d'accroître ses propriétés anti-éraillantes et sa résistance au flambage. Pour fabriquer la plaque calorifuge qui n'est représentée qu'à titre d'exemple, on encolle le tissu de fibres de verre de l'enveloppe Il avant de travailler sur lui pour réaliser cette enveloppe il. La température de l'opération d'épuisement ici utilisée s'élève, dans le cas du présent exemple, à 500 OC à 600 OC, chaque emplacement du tissu de fibres minérales étant soumis à l'action thermique sur une période d'environ 5 secondes. Pour obtenir cette action thermique, on peut utiliser des éjecteurs de gaz, des radiateurs soufflants ou analogues. Le tissu de verre ainsi encollé a une couleur légèrement brunâtre qui passe avec un chauffage prolongé. On peut alors découper le tissu de fibres de verre ainsi encollé et le fermer sur trois côtés par des coutures 12, de sorte que, par le coté restant ouvert, on peut réaliser le remplissage en matière prévue pour la substance microporeuse à moulage par compression 14 et que, après avoir aussi cousu ce côté, on peut exécuter la compression nécessaire. La plaque calorifuge se trouve alors être sans substance organique et ne dégage, lorsqu'on la chauffe, aucune odeur incommodante. Par contre, dans le cas qui n'est représenté qu'à titre d'exemple, après l'encollage à l'aide du revêtement 13, on a pourvu d'un encollage non organique une face du tissu de fibres de verre et on l'a ainsi cousu. Cet encollage non organique peut, lorsqu'on le désire, restaurer des propriétés souhaitées du tissu de fibres de verre dont a été éliminé l'encollage organique. En variante, ou de façon auxiliaire, le revêtement 13 en encollage non organique peut aussi être appliqué suur la face extérieure de l'enveloppe 11. Dans ce cas, on peut, lorsqu'on le désire, réaliser aussi bien le désencollage que la nouvelle enduction à l'aide d'un encollage non organique, après la compression de la matière microporeuse à moulage par compression 14. A la figure 3, les dimensions de la plaque calorifuge en épaisseur sont exagérées par rapport aux dimensions en largeur, afin de rendre visibles les couches, notammeent dans le détail aggrandi. En réalité, le revêtement 13 est appliqué sous la forme d'une couche d'encollage extrêmement mince par dessus le tissu de fibres de verre également mince et, lors de l'opération de compression, il ne gêne en particulier pas la possibilité pour ce dernier d'être traversé par l'air. Pour l'encollage non organique, on peut utiliser une substance à base de sol de silice, éventuellement avec des additions de charges non organiques, notamment lorsque le revêtement 13 est appliqué sur la face extérieure de l'enveloppe il et doit améliorer les propriétés réfractaires de celle-ci. Concernant des particularités de tels revêtements, on se reportera au document US-A3.490.065. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un matériau calorifuge pour utilisation à température élevée, en employant des substances non organiques réfractaires, telles que notamment des fibres de verre et/ou minérales, selon lequel, au cours de la fabrication du matériau calorifuge, on apporte aux substances non organiques des additions de substances organiques servant à leur liaison, leur finissage ou analogue, caractérisé en ce que, avant son utilisation à température élevée, on soumet le matériau calorifuge, pourvu de ses additifs non organiques, à une action thermique qui conduit à une décomposition des additifs organiques au moins dans les zones de ce matériau calorifuge qui, dans l'application prévue, sont soumises à une température se trouvant audessus de la température de décomposition de ces additifs organiques. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on utilise un matériau calorifuge à base de substance microporeuse à moulage par compression, telle qu'un oxyde métallique produit par pyrogénation, notamment un aérogel de silice, éventuellement avec un opacifiant et une addition de fibres, matériau calorifuge qu'on introduit sous forme pulvérulente dans une enveloppe en tissu de fibres de verre, puis qu'on comprime dans cette enveloppe, caractérisé en ce que, avant l'assemblage de la plaque ainsi constituée, de préférence avant le remplissage de l'enveloppe en tissu de fibres de verre, on soumet ce tissu, au moins sur une surface plane de la plaque, à une température à laquelle se décompose l'encollage organique adhérent sur les filaments du tissu de fibres de verre. 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que, après la décomposition de l'encollage organique, on applique sur le tissu de fibres de verre un encollage non organique. 4. Procédé de fabrication d'un feutre de fibres minérales se présentant sous forme de rouleau ou de plaque et destiné à une utilisation à température élevée, notamment pour l'isolation thermique de surfaces chaudes d'appareil chauffants, tels que des fours de cuisson ou analogues, selon lequel, en y ajoutant un liant organique de façon uniforme ou fractionnée, on dépose et comprime les fibres minérales sur une bande de production, sous forme d'un mat à teneur en liant uniforme ou décroissant à travers l'épaisseur, et on fait durcir le liant, caractérisé en ce que, après le durcissement du liant, on soumet la surface de la bande de fibres minérales à une action thermique qui produit, à la surface de la bande de fibres minérales, une température de préférence d'au moins 500 OC. 5. Procédé suivant la revendication 4, caractérisé en ce que l'action thermique produit une température qui se trouve au-dessous de la température de frittage des fibres minérales. 6. Procédé suivant l'un quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que, dans une seconde phase, on réalise une action thermique lors de laquelle est produite provisoirement une température se trouvant au-dessus de la température de ramollissement des fibres.