Brevet FR2673158A1 — publié le 19920828

L'invention concerne un matériau isolant fibreux. L' invention concerne plus particulièrement un produit isolant fibreux, tel qu'un matelas de fibres de verre, auquel une feuille de revêtement est collée. Des produits isolants fibreux sont disponibles en diverses masses volumiques pour être utilisés dans divers environnements différents L'un de ces produits est un matelas léger en fibres de verre utilisé pour isoler une structure exigeant un degré élevé d'isolation, telle que des fuselages d'aéronefs Dans un tel environnement, il est important que le poids soit minimal de façon à ne pas ajouter inutilement au poids de l'aéronef, et que le matelas soit capable de constituer une barrière efficace aux niveaux sonores élevés et températures basses rencontrés en cours de vol. Des produits typiques à présent utilisés sont constitués de fines fibres de verre liées entre elles en formant un matelas et ayant une masse volumique d'environ 4,8 à 24 kg/m 3 Suivant la dimension de l'espace devant être isolé, un seul matelas ou plusieurs matelas superposés sont enveloppés et fixés à l'intérieur d'un film, par exemple par couture ou par thermoscellage, et l'isolant enveloppé est ensuite fixé au fuselage de l'aéronef par des épingles reliées à la peau de l'aéronef En plus de maintenir l'iso- lant enveloppé en place, les épingles empêchent les matelas isolants de se déplacer les uns par rapport aux autres En raison de la nature fragile de l'isolant, une grande quantité d'épingles est nécessaire pour maintenir de façon satis- faisante les matelas en place Par exemple, il n'est pas rare d'utiliser jusqu'à 10 000 épingles pour installer l'isolant dans un gros aéronef Il s'agit non seulement d'une opération longue, mais le coût des épingles elles-mêmes est élevé De plus, du fait que l'opération comprime le matelas isolant dans la zone entourant les épingles, une partie de la valeur de comportement de l'isolant peut être sacrifiée. Bien que ces produits assument leur fonction isolante de façon satisfaisante, certaines de leurs autres caractéristiques pourraient être avantageusement améliorées. Par exemple, bien que la réalisation légère et à faible masse volumique des matelas les rendent tout à fait aptes en tant qu'isolants, elle aboutit aussi à des propriétés physiques minimales, rendant les produits sujets aux détériorations En particulier, la résistance à la traction relativement basse du produit oppose peu de résistance aux contraintes rencon- trées durant la fabrication et l'installation Il en est particulièrement ainsi dans des environnements o le produit est placé sous traction en étant enveloppé autour d'une structure La manipulation des couches individuelles et la fabrication du produit à couches multiples soumettent la matière à des contraintes supplémentaires qui tendent à endommager le matériau fragile en fibres de verre. De plus, 1 'efficacité de 1 isolant enveloppé dans un film risque d'être réduite en service par la condensation de la vapeur d'eau emprisonnée à l'intérieur de l'isolant. Etant donné que le produit commercial nécessite habituel- lement un film extérieur pour permettre au matelas isolant d'être manipulé et installé comme souhaité, il semble qu'il n'y a aucune solution aisée à ce problème. On peut voir d'après ce qui précède qu'il serait avantageux d'améliorer la résistance à la traction d'un matelas en matériau isolant fibreux sans affecter sa capacité d'isolation et sans ajouter notablement à son coût ou à son poids Il serait également avantageux de pouvoir éliminer le problème de condensation sans nuire au produit. Conformément à l'invention, un matelas isolant fibreux et léger, ayant une masse volumique comprise entre 3,2 et 24 kg/m 3 et une épaisseur comprise entre 9,5 et 50 mm, est constitué de fibres liées entre elles par un liant thermodurcissable mûri Une feuille de revêtement, qui est perméable à l'air, est liée à une face principale du matelas par le liant thermodurcissable mûri Les fibres comprennent de préférence des fibres de verre liées entre elles et à la feuille de revêtement par un liant phénolique et la feuille de revêtement est un canevas poreux tissé ou non tissé, organique ou inorganique. Le matelas peut être utilisé sous la forme d'une seule couche ou épaisseur, ou peut être enveloppé avec d'autres matelas en superposition à l'intérieur d'un film thermoscellable La feuille de revêtement peut de préférence être thermoscellée au film. Le revêtement améliore la résistance à la traction du produit isolant et augmente sa rigidité En outre, la feuille de revêtement est hautement perméable, de sorte qu'elle permet le passage libre de l'air vers l'inté- rieur et l'extérieur du matelas Ceci permet, par suite, l'évaporation de toute humidité depuis l'isolant installé, telle qu'on en rencontrerait dans une installation dans un aéronef, lorsque l'isolant est installé alors que la matière de revêtement fait face au côté passagers de l'aéronef. Le collage d'une matière de revêtement à une face d'un isolant fibreux, léger, de faible masse volumique, exigerait normalement une opération séparée de stratification qui, non seulement, ajouterait au coût de fabrication du produit, mais pourrait aussi affecter la structure du matériel isolant si une pression excessive était appliquée pour coller la matière à l'isolant De plus, les adhésifs utilisés dans une opération séparée de stratification peuvent ajouter un poids supplémentaire trop élevé au produit et peuvent en outre être impliqués dans la résistance au feu du produit Au lieu d'appliquer le revêtement lors d'une opération séparée de stratification, il est possible, de par la nature poreuse du revêtement, d'appliquer ce dernier à l'isolant fibreux en déplaçant une feuille ou une bande de matière de revêtement perméable à l'air dans une direction prédéterminée et en dirigeant simultanément des fibres entraînées dans un courant d' air en mouvement contre une face principale de la feuille perméable en mouvement En créant une différence de pression entre des faces principales opposées de la feuille perméable en mouvement, on fait passer l'air à travers la feuille vers la zone de pression négative, tandis que les fibres sont collectées sur la feuille et s'accumulent pour former une couche La feuille perméable est collée de façon permanente à la couche fibreuse en tant que matière de revêtement pour constituer une partie intégrante du produit En faisant reposer la feuille perméable sur la chaîne collectrice métallique normalement utilisée pour collecter les fibres et en faisant passer la feuille et la couche de fibres à travers un four de mûrissement, on peut utiliser une feuille mince et flexible en tant que matière de revêtement et on peut la coller à la couche fibreuse sans nécessiter une étape séparée de stratification. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: la figure 1 est une représentation schématique du procédé utilisé pour produire le matelas isolant à revêtement selon l'invention; la figure 2 est une vue en coupe transversale à échelle agrandie suivant la ligne 2- 2 de la figure 1; la figure 3 est une vue partielle en perspective du produit isolant de l'invention; la figure 4 est une vue en coupe transversale d'un produit isolant constitué de plusieurs matelas super- posés et collés à un film; la figure 5 est une vue en coupe transversale d'une autre forme de réalisation de l'invention; la figure 6 est une coupe transversale similaire à celle de la figure 4, mais montrant des matelas superposés constitués de matelas double face; la figure 7 est une vue en coupe transversale d'une autre forme de réalisation d'un produit constitué de matelas double face; la figure 8 est une représentation schématique partielle d'une partie modifiée de l'appareil de la figure 1, montrant l'amenée d'une bande supérieure au produit isolant; et la figure 9 est une vue partielle en perspective du matelas à revêtement selon l'invention enveloppé dans un film extérieur et attaché à la peau du fuselage d'un aéronef. En référence à la figure 1, qui illustre le procédé préféré de fabrication du matelas à revêtement selon l'invention, une source 10 amène des fibres de verre 12 qui reçoivent par pulvérisation un liant au moyen de buses 14 pendant que les fibres se déplacent vers un tamis 16 en mouvement La source peut être de tout type souhaité, telle qu'une filière rotative, dans laquelle du verre fondu est introduit et qui, sous l'effet d'une rotation rapide, fait sortir le verre fondu à travers de petits trous situés dans les parois latérales, aboutissant à la formation de fibres. Une opération dite "à creuset et billes" pourrait également être utilisée, dans laquelle des billes ou pastilles de verre sont fondues dans un creuset, le verre fondu étant tiré du creuset à travers des filières sous la forme de fibres. Que l'un ou l'autre de ces procédés ou qu'un procédé entièrement différent constitue une source de fibres, un matelas de fibres de verre est normalement produit en dirigeant un courant de fibres entraînées dans l'air contre le tamis 16 en mouvement Le tamis en mouvement, qui est connu dans la technique sous le nom de chaîne collectrice, est habituellement un transporteur métallique sans fin à tissage ajouré entraîné sur des rouleaux 18, 20 et 22 Une aspiration est engendrée dans le trajet de la chaîne collec- trice par tous moyens convenables, par exemple par les caisses aspirantes 24 montées directement au-dessous de la chaîne collectrice dans les brins montants et descendants entre le rouleau 20 et les rouleaux 18 et 22 Le vide ou la pression négative dans la chambre collectrice dans laquelle la chaîne collectrice passe amène le courant d'air portant les fibres à passer à travers la chaîne collectrice Etant donné que les ouvertures de la chaîne sont assez petites pour retenir par filtration la plus grande partie des fibres entrant en contact avec elle, les fibres ainsi filtrées se déposent sur la chaîne et peuvent supporter les fibres qui se déposent sur elle En procédant ainsi, on forme une couche de fibres de verre d'un poids ou d'une épaisseur prédéterminé. Il est bien entendu que le débit de production de fibres, le type de fibres produit et la vitesse de chaîne collectrice sont tous mis en corrélation pour régler l'épaisseur de la couche. Le processus de fabrication utilise habituel- lement un transporteur sans fin 26 entraîné sur un rouleau 28 placé à proximité de la chaîne collectrice 16 La bande fibreuse est transférée de la chaîne collectrice sur le transporteur 26 et un transporteur supérieur 30 peut en outre entrer en contact avec la surface supérieure, le transporteur étant disposé de façon que l'espace entre les transpor- teurs 30 et 26 immédiatement avant l'entrée dans un four 32 corresponde à l'épaisseur finale souhaitée du matelas Le matelas peut également être comprimé par des transporteurs ou des rouleaux situés à l'intérieur du four, non représentés, jusqu'aux épaisseurs finales souhaitées La chaleur régnant dans le four fait mûrir le liant sur les fibres, et le liant mûri maintient les fibres en place Le produit fini peut être rogné ou coupé longitudinalement en largeurs plus petites par un ou plusieurs dispositifs 34 de coupe longitudinale et il peut être coupé à longueur par un couteau 36, après quoi les longueurs coupées peuvent être emballées ou reliées à d'autres longueurs pour former un matelas stratifié épais. Selon le procédé préféré de production du produit de l'invention, une bande de matière perméable 38 est tirée d'une bobine 40 par des rouleaux 42 et 44 et est dirigée vers le brin supérieur de la chaîne collectrice 16 La différence de pression existant entre les côtés opposés de la chaîne collectrice amène la bande 38 à entrer en contact avec la chaîne collectrice et à être supportée par celle-ci Etant donné que la matière 38 est hautement perméable, le courant d'air portant les fibres peut passer à travers la bande, déposant les fibres directement sur la bande La bande fonctionne donc en fait en tant que surface extérieure de la chaîne collectrice, se déplaçant avec elle. Comme montré sur les figures 1 et 2, les fibres se sont accumulées sur la surface extérieure de la bande 38 pour former une couche ou un matelas 46, tandis que la bande est supportée par la chaîne collectrice 16 Lorsque la couche fibreuse est détachée de la chaîne collectrice en étant transférée par le transporteur 26, la bande de matière perméable est détachée avec elle, de manière que la couche fibreuse 46 et la bande 38 soient avancées d'un seul bloc vers le four 32 La cuisson ou le mûrissement du liant dans ce dernier a alors non seulement pour résultat de lier les fibres entre elles, mais également de lier les fibres à la bande 38. Comme montré sur la figure 3, le produit résul- tant 48 est une couche comprimée 46 de fibres liées et une feuille 38 de matière perméable liée à une face principale de la couche Bien que le matelas revêtu puisse être utilisé dans cet état, il est plus fréquent de l'installer en couches multiples comme décrit précédemment Un tel agencement est illustré sur la figure 4 o trois matelas revêtus 46 sont alignés dans une disposition superposée face à face à l'intérieur d'une enveloppe ou d'une gaine d'un film 50 Les extrémités du film se terminent à des parties de bord de la feuille extérieure 38 de revêtement comme indiqué en 52, o elles sont attachées au matelas revêtu 48, par exemple par une couture, non représentée, ou par un joint thermoscellé, qui est le mode préféré de fixation. Si cela est souhaité, les deux faces du matelas peuvent être pourvues d'une feuille de revêtement Cette conception est illustrée sur la figure 5 o les deux faces principales du matelas 46 sont pourvues de feuilles poreuses similaires 38 et 54 de revêtement qui procurent une résis- tance et une rigidité supplémentaires au produit et permet- tent aussi à l'utilisateur d'installer l'une ou l'autre des faces du produit vers le côté passagers Un matelas double face peut être utilisé dans un agencement à couches mul- tiples, comme montré sur la figure 6, o le film 56 est représenté comme étant fixé aux deux feuilles de revêtement 38 et 54 au niveau de parties superposées 58 et 60, par exemple par couture ou par thermoscellage. Une autre forme de produit constitué de matelas double face est illustrée sur la figure 7 o les feuilles de revêtement 54 et 38 s'étendent au-delà de la matière à fibres de verre et sont attachées entre elles, par exemple par thermoscellage ou par piquage, pour former un rebord lié 62 constitué des feuilles superposées Le produit résultant, en forme de coussin, est plus simple à fabriquer que le produit de la figure 6 Il est bien entendu que l'agencement n'est pas limité aux deux couches telles qu'illustrées. Comme montré sur la figure 8, pour placer une seconde feuille de revêtement sur le matelas isolant, une bande de matière 54 de revêtement est amenée à partir d'une bobine 64 à la face supérieure de la couche isolante 46 juste avant le passage de la couche au-dessous du transporteur 30, de manière que la matière de revêtement 54 soit en place lorsque la couche isolante entre dans le four 32 La cuisson ou le mûrissement du liant dans la couche isolante lie alors la matière de revêtement à la face supérieure de la couche. Une installation typique du produit dans un aéronef est montrée sur la figure 9 o un certain nombre de matelas revêtus ont été enveloppés dans un film 50 qui est thermoscellé aux parties de bord de la feuille de revêtement 38, laissant exposée la partie principale de la feuille. L'isolant enveloppé dans un film est attaché à la structure 66 de l'aéronef au moyen d'épingles 68 qui pénètrent dans les matelas et qui sont fixées à la structure par tous moyens convenables, par exemple par soudage, par des brides ou par des vis. Bien que la matière de revêtement doive être suffisamment perméable pour ne pas faire obstacle à 1 'écoule- ment d'air à travers la chaîne collectrice durant le proces- sus de fabrication ou à travers la feuille de revêtement du produit à matelas isolant revêtu une fois installé, elle doit également pouvoir accroître la résistance à la traction du produit final et doit avoir une résistance suffisante pour rester intacte pendant le processus de collecte de fibres. Une feuille capable de fonctionner de la manière décrite doit être poreuse, robuste, résistant au déchirement et légère, par exemple d'un poids inférieur à 50 g/m 2 En général, il peut s'agir de tout milieu de renfort ou canevas poreux tissé ou non tissé, composé de fibres organiques ou inorganiques, avec un système ignifugeant satisfaisant les exigences d'inflammabilité de la norme 49 CFR, partie 25 (FAR 25 853) ou BMS 8-142 La perméabilité à l'air de la feuille de revêtement doit être telle qu'au moins 28 m 3 d'air puissent passer à travers elle, comme mesuré conformément à l'essai de perméabilité à l'air de Frazer (ASTM D 737-1982) De plus, la matière de la feuille de revêtement doit être thermoscellable à elle-même et au film qui peut être utilisé pour envelopper l'isolant avant l'installation Un exemple d'une telle matière est un canevas de polyester disponible auprès de la firme Snow Filtration Company et vendu sous le nom de Reemay. La matière du film peut comprendre l'un quelcon- que des films classiques couramment utilisés dans l'installa- tion de matelas isolants dans des aéronefs Un exemple est un film constitué d'une matière du type "Orcon", disponible auprès de Orcon Corporation Le film utilisé doit également être de nature thermoscellable. Le matelas revêtu doit posséder certaines propriétés minimales pour satisfaire les exigences de comportement et les rigueurs de l'installation La résistance10 à la traction d'un matelas à revêtement sur une seule face doit être d'au moins trois fois celle du matelas isolant seul et la résistance à l'impact du produit, telle que mesurée par l'essai d'éclatement de Mullen, doit être d'au moins 84 k Pa. Bien que l'invention ait été décrite prin- cipalement en association avec une feuille de revêtement appliquée sur un isolant à fibres de verre constitué de fines fibres de verre, il est bien entendu que le concept peut être appliqué également à d'autres fibres De plus, bien que le type de feuilles de revêtement puisse varier en fonction du produit final souhaité, il est également bien entendu que des feuilles constituées de diverses matières différentes et ayant des configurations physiques différentes peuvent être utilisées Pour empêcher une détérioration par le feu de l'installation finale, il est avantageux que la matière soit résistante au feu. L'invention aboutit à un certain nombre d'avan- tages par rapport aux produits actuellement disponibles En plus du comportement amélioré à l'installation et de la possibilité pour l'humidité condensée de s'échapper à travers la feuille poreuse de revêtement, le procédé de collecte des fibres isolantes sur la feuille poreuse de revêtement, elle- même, peut aboutir à une diminution de la quantité de fibres et de liant qui est normalement perdue du fait du passage à travers la structure tissée ouverte de la chaîne collectrice. il Il devrait à présent être évident que 1 ' invention procure une solution simple, mais inédite aux problèmes indiqués précédemment en association avec des produits isolants fibreux légers, et en particulier en association avec des matelas à faible masse volumique constitués de fines fibres Le produit résultant est physiquement supérieur aux produits isolants fabriqués précédemment et se prête de lui- même à des opérations facilitées d'assemblage et de mise en place. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au produit décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Produit isolant particulièrement adapté à une utilisation en tant qu'isolant d'aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte un matelas isolant fibreux ( 46) contenant des fibres ( 12) liées entre elles par un liant thermodurcissable mûri, la masse volumique du matelas étant comprise entre 3,22 et 24 kg/m 3 et l'épaisseur du matelas étant comprise entre 9,5 et 50 mm, et une feuille ( 38) de revêtement liée à une face principale du matelas par le liant thermodurcissable mûri, la feuille de revêtement liée étant perméable à l'air. 2 Produit isolant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matelas isolant fibreux comprend des fibres de verre liées entre elles et à la feuille de revête- ment par un liant phénolique. 3 Produit isolant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la feuille de revêtement est un canevas poreux, tissé ou non tissé. 4 Produit isolant selon la revendication 3, caractérisé en ce que la feuille de revêtement est constituée de polyester. Produit isolant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la feuille de revêtement, lorsqu'elle n'est pas attachée au matelas fibreux, est sensiblement imperméable à un courant en mouvement des fibres du matelas. 6 Produit isolant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le liant et la feuille de revêtement résistent à la flamme au moins au degré satisfaisant les exigences d'inflammabilité de la norme 49 CFR, partie 25 (FAR 25.853) ou BMS 8-142, la résistance à la traction du matelas isolant revêtu étant d'au moins trois fois celle du matelas seul. 7 Produit isolant selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une seconde feuille de revêtement ( 54) collée à la face principale opposée du matelas, la seconde feuille de revêtement étant similaire à la première feuille de revêtement citée. 8 Produit isolant particulièrement adapté à une utilisation en tant qu'isolant d'aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs matelas isolants fibreux ( 46) alignés entre eux dans une disposition face à face, super- posés, les matelas contenant des fibres ( 12) liées entre elles par un liant thermodurcissable mûri, la masse volumique des matelas étant comprise entre 3,2 et 24 kg/m 3 et l'épais- seur des matelas étant comprise entre 9,5 et 50 mm, au moins un matelas extrême ayant une feuille de revêtement ( 38) liée à sa face principale extérieure par le liant thermodurcis- sable mûri, la feuille de revêtement liée étant perméable à l'air, et un moyen ( 52) recouvrant les bords des matelas superposés, ce moyen étant collé à la feuille de revêtement extérieure sur ledit matelas extrême. 9 Produit isolant selon la revendication 8, caractérisé en ce que le moyen recouvrant les bords des matelas superposés comprend un film ( 50) qui s'étend aussi sur l'extrémité des matelas superposés opposée audit matelas extrême revêtu. Produit isolant selon la revendication 8, caractérisé en ce que des feuilles de revêtement sont collées aux faces extérieures des deux matelas extrêmes de l'empi- lage, et en ce que le moyen recouvrant les bords des matelas empilés comprend un film ( 50) attaché aux deux feuilles de revêtement. 11 Produit isolant selon la revendication 8, caractérisé en ce que des feuilles de revêtement sont collées aux faces extérieures des deux matelas extrêmes de l'empi- lage, et en ce que le moyen recouvrant les bords des matelas empilés comprend des parties de bord ( 62) desdites feuilles de revêtement qui s'étendent au-delà des bords des matelas empilés et qui sont attachées entre elles. 12 Isolant pour fuselage d'aéronef, caractérisé en ce qu'il comporte un matelas isolant fibreux ( 46) conte- nant des fibres ( 12) liées entre elles par un liant thermo- durcissable mûri, la masse volumique du matelas étant comprise entre 3,2 et 24 kg/m 3 et l'épaisseur du matelas étant comprise entre 9,5 et 50 mm, une feuille ( 38) de revêtement étant liée à une face principale du matelas par le liant thermodurcissable mûri, la feuille de revêtement liée étant perméable à l'air et le matelas étant fixé au fuselage ( 66) de manière que la feuille de revêtement soit tournée à l'écart du fuselage, vers l'intérieur de l'aéronef. 13 Isolant d'aéronef selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comporte un film ( 50) s'étendant autour d'au moins les bords du matelas, le film étant fixé à la feuille de revêtement de façon à laisser une grande partie de la feuille de revêtement à découvert. 14 Isolant d'aéronef selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs matelas isolants fibreux alignés entre eux dans une disposition superposée, face à face.