Brevet FR2634479A1 — publié le 19900126

Corps façonnés thermiquement isolants en fibres et procédé de fabrication de ces corps L'invention concerne des corps façonnés thermique- ment isolants en fibres de céramique incombustibles ou réfrac- taires, en vermiculite, avec un rapport fibres de céramique/ vermiculite de 80/20 à 30/70, et avec 5 à 40% en poids, rap- porté à la composition totale, de fibrilles de polymères organiques, ainsi qu'en liants temporaires et ou permanents. Dans la demande de brevet allemand P 37 01 511.7 sont décrits des corps façonnés thermiquement isolants du type indiqué ci-dessus. Le procédé de fabrication de corps façon- nés avec utilisation de vermiculite décrit dans cette demande utilise de la vermiculite d'une grosseur de grain jusqu'à 2 mm. On a à présent découvert que des corps façonnés thermiquement isolants présentant des propriétés plus intéres- santes, en particulier de meilleures propriétés d'extension, lors de leur mise en oeuvre, c'est-à-dire lors de leur utili- sation à des températures supérieures à 500 C, peuvent être obtenus lorsqu'on utilise une vermiculite non expansée présen- tant une grosseur de grain maximale de 1,0 mm. De cette façon, il est possible d'améliorer ce que l'on appelle la pression d'expansion des corps façonnés obtenus, ainsi que leur résistanceà l'érosion. Les corps façonnés thermiquement isolants de l'espèce décrite précédemment sont caractérisés selon l'invention par le fait qu'ils contiennent de la vermiculite non expansée d'une grosseur de grain maximale de 1,0 mm. Selon une forme de réalisation préférée, les corps façonnés thermiquement isolants conformes à l'invention contiennent de la vermiculite non expansée avec la grosseur de grain maximale indiquée ci-dessus de 1,0 mm, 80% au moins de la vermiculite contenue dans lesdits corps ayant une grosseur de grain maximale de 0,5 mm. Cette forme de réalisa- tion a cet avantage que la résistance à l'érosion peut ainsi être encore améliorée. Selon une autre forme de réalisation préférée, les corps façonnés thermiquement isolants conformes à l'invention renferment de la vermiculite broyée non expansée, avec la grosseur de grain maximale indiquée ci-dessus de 1,0 mm,'au moins 95% de la vermiculite ayant une grosseur de grain maxi- male de 0,5 mm. Cette forme de réalisation présente cet avantage que la texture des corps façonnés est considérable- ment améliorée et que la résistance à l'érosion dans un cou- rant gazeux est encore accrue. Selon une autre forme de réalisation préférée, les corps façonnés conformes à l'invention contiennent un mélange de vermiculite broyée non expansée et de vermiculite non expansée obtenue par tamisage, d'une grosseur de grain maxi- male de 1,0 mm, dans une proportion de 30/70 à 70/30, de pré- férence de 40/60 à 60/40. Cette forme de réalisation présente cet avantage que l'on obtient une répartition très régulière des grains de telle façon que des propriétés particulièrement intéressantes sont obtenues du point de vue de la pression d'expansion et de la résistance à l'érosion. L'invention concerne ensuite un procédé de fabrica- tion des corps façonnés thermiquement isolants décrits plus haut, dans lequel on fabrique un corps façonné en mats de fibres, de façon classique, à partir d'une suspension aqueuse des matériaux de départ, on forme à partir de là un mat de fibres qui est séché, éventuellement traité thermiquement à une température suffisante pour la fusion des fibrilles orga- niques et, le cas échéant, thermoformé, procédé dans lequel on utilise de la vermiculite dans une proportion fibres de céramique/vermiculite de 80/20 à 30/70, qui est caractérisé par le fait que, dans la dispersion de départ, on utilise de la vermiculite non expansée d'une grosseur de grain maximale de 1,0.mm, de préférence de la vermiculite non expansée d'une grosseur de grain maximale de 1,0 mm dont au moins 80% a une grosseur de grain expansée dont au moins 95 % a une grosseur de grain Selon une autre forme d'exécution préférée du procé- dé selon l'invention, on utilise, dans la dispersion de départ, un mélange de vermiculite broyée non expansée et de vermiculite non expansée obtenue par tamisage, d'une grosseur de grain maximale de 1,0 mm, o la vermiculite obtenue par broyage et la vermiculite obtenue par tamisage se trouvent dans une proportion de 30/70 à 70/30. Pour la réalisation de l'invention, on utilise des fibres de céramique usuelles, incombustibles ou réfractaires. Celles-ci peuvent présenter une épaisseur de 1 à 10 Dm et une longueur de 1 à 10 mm; classiquement, on définit de telles fibres de céramique par leur température de classification qui peut par exemple s'élever à 1260 ou 1600 C. La vermiculite utilisée conformément à l'invention est un produit commercial courant. Pour obtenir une vermicu- lite non expansée avec une grosseur de grain maximale de 1,Omm, on peut soit tamiser de la vermiculite naturelle à ce calibre de 1,0 mm, soit broyer de la vermiculite naturelle. En obser- vant une durée de broyage suffisante, on peut obtenir un produit dont la grosseur de grain maximale est de 1,0 mm, ou bien la vermiculite broyée peut, par mesure de sûreté et pour exclure les particules d'un calibre supérieur à 1,0 mm, être à nouveau tamisée. Les fibrilles en polymères organiques utilisées conformément à l'invention sont des produits commerciaux courants, qui peuvent être fabriqués à partir de différents polymères. De préférence, on utilise des fibrilles en poly- oléfines, par exemple des fibrilles en polyéthylène avec un point de ramollissement de 125 à 135 C ou en polypropylène avec un point de ramollissement de 155 à 165 C. Les liants temporaires ou permanents utilisés confor- mément à l'invention correspondent aux liants cités dans le DE-OS 34 44 397. Le procédé de fabrication des corps façonnés selon l'invention est exécuté de façon classique, c'est-à-dire que les matériaux de départ sont dispersés dans une quantité d'eau suffisante, à l'aide d'un agitateur ou dans un mélangeur adapté pour former une dispersion. Ensuite le façonnage des corps façonnés en mats de fibres est effectué de façon clas- sique, par exemple sur des moules-tamis ou par décantation de la suspension aqueuse. Par ces techniques de façonnage, on obtient de manière classique des corps façonnés en forme de mats de différentes épaisseurs, l'épaisseur dépendant de la quantité de dispersion filtrée et accumulée sur e tamis et pouvant être réglée avec celle-ci. Ces produits façonnés bruts en forme de mats peu- vent alors être séchés de façon classique, par exemple à des températures allant jusqu'à 120 C. Puis le façonnage en les corps façonnés définitifs peut être effectué soit directement soit lors d'un traitement ultérieur, processus dans lequel on chauffe ces mats à des températures telles que le polymère des fibrilles soit malléable, par exemple, dans le cas de l'emploi de fibrilles en polyéthylène avec un point de fusion de 135 C à peu près, à des températures de 160 à 180 C, une pression de 5 à 200 bar, de préférence de 10 à 50 bar, étant, de manière appropriée, appliquée. Le chauffage à la tempé- rature élevée située entre 160 et 180 C ne dure en général que quelques minutes, par exemple 3 à 20 mn, ceci dépendant de l'épaisseur des produits façonnés bruts à façonner, par exemple des mats. Par suite de la teneur en fibrilles des corps façon- nés, il est également possible de fabriquer des corps façonnés à partir de deux fractions du produit façonné brut, en fusionnant ensemble ces fractions de produit façonné brut au niveau de leurs surfaces de contact par compression à de hautes températures, par exemple à 180 C, pendant 3 mn sous 80 bar. Pour ce mode de réalisation, la teneur en fibrilles est réglée de préférence à 20 à 40% en poids, rapporté au corps façonné séché. Dans le cas de corps façonnés compliqués, il convient d'effectuer le refroidissement en maintenant le moule ajusté au corps façonné, de façon qu'aucune déformation du corps façonné définitif ne se produise. L'invention est expliquée de façon plus approfondie à l'aide des exemples suivants. Exemple 1 3 kg de vermiculite non expansée, obtenue par tami- sage et présentant une grosseur de grain maximale de 1,Omm, 4 kg de fibres de céramique de 1 à 3 Nm d'épaisseur, de 1 à mm de long et d'une température de classification de 1260 C sont dispersés régulièrement au moyen d'un agitateur dans 600 1 d'eau contenus dans un récipient. Après addition de 4,1 kg d'une dispersion à 3 % de fibrilles de polyéthylène avec un point de fusion d'environ 135 C et de 300 g d'une dis- persion aqueuse de polyacrylate, on provoque la floculation de la dispersion par addition d'une solution de polyacryla- mide, par filtration de l'eau à la trompe, puis séchage, un corps façonné en mats de fibres est formé sur un tamis. Ce corps façonné d'une densité brute d'à-peu près 900 kg/m3 est utilisé en tant qu'assise ou chemise isolante dans des machines ou des canalisations thermique. Le corps façonné possède après traitement thermique une excellente stabilité de forme avec résistance et élasticité simultanées et convient pour le montage et la fixation de catalyseurs et/ou de filtres de céramique intégrés dans des canalisations. Le corps façonné présente une pression d'expansion de 0,6 N/mm2, déterminée par la méthode de mesure suivante: l'échantillon carré se présente sous forme d'une plaque d'épaisseur régulière, la surface de charge, pourvue d'un trou en son milieu, est mesurée avec exactitude en mm2 pour la détermination de la pression d'expansion spécifique et placée sous une boite de mesure de pression. Avant le premier chauf- fauge, une force de 10 N est appliquée sur la surface totale. La vitesse d'échauffement et de refroidissement atteint environ 10 C/mn. A titre de contrôle, on effectue 7 cy- cles de 75 à 750 C, puis retour à 75 C; les valeurs données dans le tableau se réfèrent au 2è cycle, car le cycle 1 présente souvent une valeur anormale dûe au dégazage de la vermiculite. Les valeurs d'érosion données dans la tableau pour les exemples 2 à 4 sont déterminées par la méthode de mesure suivante: l'échantillon de 60x15x5 mm est fixé de telle manière que la surface extérieure soumise au souffle mesure à peu près mm2. Avant l'essai, l'échantillon fixé est expansé par recuit à une température de 750 C (sans interruption). Puis l'échantillon est soumis sur sa face extérieure au souffle de l'air comprimé sortant d'une buse de 15 mm de diamètre placée à une distance de 25 mm. La pression de l'air comprimé est mesurée côté pression à une distance de 1 m avant la buse et maintenue à un niveau constant de 1,25 bar. L'échantillon et son dispositif de fixation sont pesés à différents intervalles de temps et la perte de poids est déterminée. Les valeurs indiquées dans le tableau se réfèrent à des temps de soufflage de 60 minutes. Exemples 2 à 4: On répète ce mode opératoire de l'exemple 1 en uti- lisant les matériaux de départ indiqués dans le tableau sui- vant. On obtient ainsi des corps façonnés présentant les pro- priétés indiquées dans le tableau suivant. TABLEAU Exemples 2 3 4 Fibres de céram., TC = 12600C (kg) 4 4 4 Fibrilles de polyéthylène (kg) 4,1 2,5 2,5 Dispersion de polyacrylate (g) 300 300 300 Vermiculite non expansée, tamisée à I mm max.; 80% REVENDICATIONS 1. Corps façonnés thermiquement isolants en fibres de céramique incombustibles ou réfractaires, en vermiculite, avec un rapport fibres de céramique/vermiculite de 80/20 à 30/70, et avec 5 à 40 % en poids, rapporté à la composition totale, de fibrilles de polymères organiques, ainsi qu'en liants temporaires et ou permanents, caractérisés en ce qu'ils renfer- ment de la vermiculite non expansée d'une grosseur de grain maximale de 1,0 mm. 2. Corps façonnés thermiquement isolants selon la revendication 1, caractérisés en ce qu'ils renferment de la ver- miculite non expansée d'une grosseur de grain maximale de 1,0 mm, dont au mons 80 % est constitué de grains d'une gros- seur 3. Corps façonnés thermiquement isolants selon la revendication 1 ou 2, caractérisés en ce qu'ils renferment de la vermiculite, broyée non expansée, dont 95 % au moins est cons- titué de grains d'une grosseur 4. Corps façonnés thermiquement isolants selon la revendication 1 ou 2, caractérisés en ce qu'ils renferment un mélange de vermiculite broyée non expansée et de vermiculite non expansée, obtenue par tamisage, d'une grosseur de grain dans une proportion de 30/70'à 70/30. 5. Procédé de fabrication des corps façonnés ther- miquement isolants selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on fabrique un corps façonné en mats de fibres, de façon classique, à partir d'une suspension aqueuse des matériaux de départ, on forme à partir de là un mat de fibres qui est séché, éventuellement traité thermiquement à une température suffisante pour la fusion des fibrilles orga- niques et, le cas échéant, thermoformé, procédé dans lequel on utilise de la vermiculite dans une proportion fibres de céra- mique/vermiculité de 80/20 à 30/70, caractérisé en ce que la vermiculite utilisée est de la vermiculite non expansée d'une grosseur de grain maximale de 1,0 mm. 6. Procédé selon la revendication 5 caractérisé en ce que la vermiculite utilisée est de la vermiculite non ex- pansée dont 80 % au moins est constitué de grains d'une gros- seur, 0,5 mm. 7. Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la vermiculite utilisée est de la vermiculite broyée non expansée dont 95 % au moins est constitué de grains d'une grosseur % 0,5 mm. 8. Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la vermiculite utilisée est un mélange de vermiculite broyée non expansée et de vermiculite non expansée obtenue par tamisage d'une grosseur de grain $ 1,0 mm, dans une pro- portion de 30/70 à 70/30.