Brevet FR2717841A1 — publié le 19950929

À Arrière-plan de l'invention. La présente invention se rapporte à un matériau profilé isolant contre la chaleur, de faible poids et possédant d'excellentes propriétés physiques et une très grande résistance à la température. Elle se rapporte également à un procédé de préparation dudit matériau. Les couvertures de fibres inorganiques sont couramment utilisées en tant qu'isolants contre la chaleur -et une diversité de liants organiques, classiquement des matériaux phénoliques, ont été appliqués pour maintenir l'intégralité des fibres. Les liants organiques dégagent cependant malheureusement des gaz nocifs quand ils sont chauffés. Par ailleurs, les liants organiques, lorsqu'ils sont chauffés, perdent leur intégrité structurale. Il est également connu d'appliquer une dispersion aqueuse de vermiculite à une couverture plate ou un textile réalisés à partir de fils, qui ne sont pas résistants au feu, comme décrit dans le brevet américain U.S. 4, 543,287, incorporé dans ce qui suit par référence. Après élimination de l'eau, les lamelles de vermiculite restent sous forme de revêtement sur les fibres, les rendant plus résistantes au feu. Une dispersion de silice est disponible auprès de la société DuPont sous la marque LUDOX . Ce produit est résistant à la chaleur mais contient des matières organiques qui libèrent des gaz à la chaleur. En outre, les matériaux isolants faits avec des couvertures céramiques sont rigides comme un panneau et résistent au mouvement. Par ailleurs, le produit LUDOX tend à se pulvériser par usure due au frottement ou quand il est manipulé. D'autres silicates résistants à la chaleur tels que les silicates de sodium ou de potassium donnent des produits très rigides. Les silicates sont alcalins et peuvent détruire au cours du temps la fibre céramique, la réduisant en poudre. Résumé de l'invention. Un matériau isolant composite profilé est préparé en préparant d'abord une dispersion de vermiculite dans l'eau qui est pratiquement exempte de matières organiques. La dispersion est ensuite appliquée sur une couverture tissée ou non tissée ou un support en céramique, verre ou autres fibres en une quantité suffisante pour rendre la couverture pliable et déformable. Le support ou des parties de celui- ci est modelé dans la forme finale désirée en trois dimensions. L'eau est éliminée par séchage et la vermiculite restante fournit un liant solide, servant à retenir le support ou la couverture dans la forme désirée. Le matériau isolant profilé résultant peut supporter des températures jusqu'à 1204,5 C, sans libération de matières volatiles. Les liants organiques perdent classiquement leur intégrité structurale à des températures comprises entre 121 C et 260 C. Le matériau isolant de la présente invention conserve son intégrité structurale à des températures élevées, c'est-à-dire de 260 C ou plus. Le matériau formé est un bon atténuateur de bruit, et est quelque peu flexible pour faciliter son installation. Le liant de vermiculite sert également à encapsuler les couches externes de la couverture ainsi que toutes les fibres perdues, améliorant ainsi la manipulation, réduisant les risques d'inhalation ou d'avalement des fibres perdues et réduisant également la possibilité d'irritation de la peau. Les avantages du matériau isolant composite selon l'invention sont notamment: - sa flexibilité et sa rigidité obtenues par le procédé de préparation; - sa manipulation aisée; - sa résistance au feu; - ses propriétés acoustiques améliorées; - la non libération de gaz à la chaleur; et - le maintien des fibres par le film formé par la vermiculite. Description des modes de réalisation préférés de l'invention. Les dispersions de vermiculite utilisées dans le cadre de la présente invention sont préparées par une diversité de procédés connus. Les dispersions sont produites par exfoliation chimique de vermniculite, un silicate d'aluminium- magnésium apparaissant naturellement, en plaques ou lamelles ayant un rapport aspect élevé et une taille de particules de l'ordre de 50!lm. Bien qu'à la fois des composés organiques et inorganiques ont été utilisés pour exfolier la vermiculite, le matériau préféré selon l'invention est exempt de matériaux organiques. De la vermiculite exfoliée inorganique déjà préparée est disponible commercialement et peut être dispersée directement dans l'eau. Une telle vermiculite disponible commercialement est proposée par la société W.R. Grace & Co. -Conn., 72 Whittemore Ave., Cambridge, MA 02140 sous la marque MICROLITE@. Tel qu'utilisé ici, le terme "fibres céramiques" signifie des fibres d'oxydes métalliques polycristallines possédant une température fondue élevée, classiquement supérieure à 1649 C. Les fibres céramiques contiennent généralement de l'oxyde d'aluminium ou de calcium et de la silice, ainsi que des quantités plus petites d'autres oxydes, tels que des oxydes ferriques, de titane et de magnésium. Une fibre céramique typique comprend par exemple un excès de 30 % d'oxyde de calcium ou d'aluminium, un excès de 45 % de silice, le reste étant constitué par d'autres oxydes métalliques. La définition ci-dessus exclut par conséquent les autres fibres inorganiques telles que verre et amiante. En tant qu'alternative non équivalente, des fibres de verre peuvent être utilisées pour des applications à des températures beaucoup plus basses. Les fibres de céramique sont formées en un support ou couverture pratiquement plat par l'une quelconque des diverses méthodes bien connues. Par exemple, les fibres peuvent être placées sur une surface plane et passées dans des aiguilles pour les entrelacer et former une couverture cohérente. Le support ou couverture peut également être réalisé par un procédé de fabrication du papier. Les supports ou couvertures céramiques sont fabriqués avec des masses volumiques multiples, classiquement de 0,05 à 0,2 g/cm3. Des couvertures de masse volumique plus faible ont classiquement des propriétés isolantes supérieures mais sont plus fragiles que les masses volumiques plus élevées. Les masses volumiques et épaisseurs préférées sont basées sur les performances demandées du produit fini. Des sections épaisses de couverture de faible masse volumique donnent les meilleures propriétés d'isolation. Une dispersion inorganique aqueuse de vermiculite est préparée en mélangeant de la vermiculite exfoliée avec de l'eau. Le mélange comprend classiquement d'environ 2 à environ 30 % de solides. La dispersion aqueuse est ensuite appliquée sur la couverture de fibres céramiques par une quelconque technique de revêtement appropriée, telle que pulvérisation, revêtement par rouleau, immersion ou similaire. Une dispersion suffisante est appliquée pour au moins pénétrer partiellement la surface de la couverture et humidifier une partie de l'intérieur. Par application de la dispersion aqueuse, la couverture devient pliable ou modelable. La quantité de vermiculite solide dans la dispersion et la vitesse d'application sur la couverture céramique varient en fonction des conditions du processus, de l'épaisseur de la couverture et de la rigidité désirée du produit final. La couverture peut avoir une épaisseur de l'ordre de 1,6 à 152,5 mm. Pour la plupart des applications, la couverture aura une épaisseur dans la gamme variant de 6,35 à 25,5 mm. La quantité de dispersion appliquée sera de l'ordre d'environ 2 à environ 50 % de vermiculite solide par mètre carré sur la base du poids de la couverture céramique. Après application de la dispersion, la couverture est formée ou moulée dans la forme désirée. La couverture humide peut être formée à la main ou avec l'aide d'un mandrin ou d'une surface formante, ou peut être légèrement compressée entre les surfaces opposées d'un moule. De préférence, l'épaisseur totale de la couverture originale ne change pas profondément, pour maintenir les caractéristiques de performance thermique maximales. La couverture peut être naturellement découpée en n'importe quelle forme désirée avant ou après l'application de la dispersion de liant. Après application de la dispersion et modelage, la couverture profilée est séchée, soit par air soit par application de chaleur. Par séchage, la vermiculite est convertie en un corps solide, maintenant la couverture de fibres céramiques profilée dans sa forme. En plus des méthodes de moulage décrites ci-dessus, la couverture humide peut être moulée autour de la partie de la structure devant effectivement être protégée et laissée sécher, conférant ainsi à la partie ou la structure une barrière thermale protectrice. Par application de la vermiculite, suivie du modelage et du séchage, le matériau composite garde la forme donnée de façon permanente, le revêtement externe de vermiculite servant à entourer, encapsuler et immobiliser les fibres de la couverture céramique. Ainsi, la forme moulée peut être utilisée et manipulée sans perte excessive de fibres et le matériau composite est typiquement résilient. Un exemple de matériau isolant composite profilé est réalisé comme suit. Une couverture céramique de 1 m de largeur, de masse volumique de 0,13 g/cm3 et de 12,7 mm d'épaisseur est passée au travers d'une presse munie de moules à découper. Ces moules découpent à la taille la forme désirée pour le préformé. Ces préformés peuvent également être obtenus à partir d'un appareil à calandrer équipé de moules à découper. Les préformés sont imprégnés en les immergeant dans une dispersion aqueuse à 15 % de vermiculite. La couverture de céramique est hautement absorbante et le temps d'immersion est d'environ 5 secondes. Eventuellement, la dispersion est pigmentée pour donner un produit plus attractif. La couverture de céramique avec le matériau imprégné est placée dans le fond d'un moule à cavités multiples. Le moule est placé dans une presse à chaud o la partie supérieure du moule compresse légèrement le préformé pour donner la forme désirée. La pression est basse et la forme du moule détermine l'épaisseur et la forme de la pièce finie. La température de la presse est telle que l'eau s'évapore de la couverture, laissant seulement les particules de vermiculite solide. Le temps de fermeture dans la presse est basé sur le poids du préformé de céramique mouillé, classiquement de 0,5 à 10 minutes. Les pièces formées sont enlevées du moule et les bavures en excès sont enlevées avec un couteau. Les pièces sont inspectées et emballées pour leur transport. Bien qu'une forme de réalisation préférée de la présente invention ait été décrite, il doit être entendu que de nombreuses modifications et variantes peuvent y être apportées, sans sortir de l'étendue des revendications qui suivent. Revendications. 1. Procédé de préparation d'un matériau isolant composite profilé, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à appliquer une dispersion aqueuse de lamelles de vermiculite sur un substrat de fibres céramiques en une quantité suffisante pour rendre pliable le substrat, à modeler le substrat en une forme à trois dimensions, et à sécher ensuite ledit substrat pour maintenir ledit substrat dans ladite forme à des températures élevées. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le modelage et le séchage du substrat sont réalisés dans un moule chauffé. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la dispersion aqueuse de lamelles de vermiculite est pratiquement exempte de matières organiques. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit substrat comprend des couvertures tissées ou non tissées. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ladite couverture possède une épaisseur variant entre environ 1,6 mm et environ 152,5 mm. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite couverture possède une masse volumique variant entre environ 0,05 et environ 0,2 g/cm3. 7. Matériau isolant composite, caractérisé en ce qu'il comprend une couverture de fibres céramiques sous forme tri-dimensionnelle et maintenu sous une telle forme par un liant, ledit liant encapsulant les couches externes de ladite couverture et consistant essentiellement en lamelles de vermiculite exempte de matières organiques. 8. Matériau isolant composite selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit matériau est capable de maintenir son intégrité structurale à des températures supérieures à 260 C. 9. Procédé de préparation d'un matériau isolant, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à fournir une couverture de fibres inorganiques, à revêtir et à imprégner au moins partiellement ladite couverture avec une dispersion aqueuse d'un liant consistant essentiellement en lamelles de vermiculite exemptes de matières organiques, à modeler la couverture mouillée sous une forme en trois dimensions, et ensuite à sécher ladite couverture pour laisser la vermiculite sous forme de liant permanent. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdites fibres inorganiques sont des fibres de céramique ayant une température fondue supérieure à 1649 C. il. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite couverture a une masse volumique variant entre environ 0,05 et environ 0, 2 cm3. g/cma.