Brevet FR2726012A1 — publié le 19960426

-1 - FEUTRE EN MATERIAU FIBREUX D'ORIENTATION ALEATOIRE COURBABLE L'invention concerne les feutres de laine minérale et plus particulièrement les feutres dit " crêpés " c'est-à-dire dans lesquels l'orientation des fibres, au lieu d'être parallèle à un plan, est quasialéatoire. o0 Les feutres crêpés sont destinés à des utilisations diverses, en particulier lorsqu'on veut pouvoir exercer sur eux, soit une pression sans provoquer un écra- sement trop important, soit une traction perpendiculairement à la surface sans entraîner de délaminage. Cependant, à la différence des feutres stratifiés habituels, ils sont très sensibles à la flexion et dès qu'on les cintre, même légèrement, ils se fissurent perpendiculairement à leur surface. Ce phénomène limite de manière importante le domaine d'utilisation des feutres crêpés. On souhaite pouvoir élargir ce domaine. De façon traditionnelle, les feutres de fibres minérales sont stratifiées, ils sont constitués en continu en déposant sur un convoyeur les fibres qui sont véhi- culées par des courants gazeux. Le convoyeur retient les fibres et laisse passer les gaz. Avant qu'elles se déposent sur le convoyeur, les fibres sont enduites d'une composition résineuse destinée à lier les fibres entre elles, donnant ainsi sa cohésion au feutre constitué. La composition résineuse appliquée sous forme liquide est réticulée par un traitement thermique effectué sur le feutre préala- blement ramené aux conditions d'épaisseur et de masse volumique souhaitées. Les modes traditionnels de formation des feutres aboutissent à des produits dont les propriétés ne répondent pas parfaitement à toutes les exigences demandées par certaines applications particulières. En plus des qualités isolantes requises de façon tout à fait générale, il est ainsi parfois nécessaire que les produits utilisés présentent des qualités mécaniques très spécifiques. C'est le cas par exemple des produits supportant des éléments de maçonnerie et qui doivent en conséquence résister à de fortes compressions tels que les produits servant à -2I'isolation des toitures-terrasses accessibles à la circulation. C'est aussi le cas des produits utilisés en isolation par l'extérieur et qui notamment doivent pouvoir résister aux efforts à l'arrachement. Pour obtenir des produits présentant ces propriétés particulières, il est nécessaire de modifier les procédés traditionnels de formation des feutres. Dans le procédé traditionnel, la formation des feutres par dépôt des fibres sur le convoyeur de réception ou sur un organe analogue conduit à un enche- vêtrement qui n'est pas homogène dans toutes les directions. On constate expéri- mentalement que les fibres ont une forte tendance à se placer parallèlement à la o surface de réception. Cette tendance est d'autant plus accentuée que les fibres sont plus longues. Cette structure de feutres est favorable à leurs propriétés isolantes et aussi à leur résistance à la traction dans le sens longitudinal. Pour de nombreuses utilisations une telle structure est par conséquent avantageuse. Cependant, on comprend qu'une telle structure ne soit pas la mieux adaptée lorsque par exemple le produit doit résister à la compression ou à l'arrachement dans le sens de son épaisseur. Des méthodes sont connues qui fournissent une orientation quasi- aléatoire des fibres. C'est ainsi que la demande de brevet européen EP-A- 0 133 083 propose que le feutre de fibres recueilli sur l'organe de réception, éventuellement après avoir subi une compression dans le sens de l'épaisseur, soit comprimé en continu dans le sens longitudinal par passage d'une paire de convoyeurs animés d'une certaine vitesse à une paire de convoyeurs de vitesse inférieure à la précé- dente. Des taux de compression plus élevés peuvent être atteints lorsque la com- pression est effectuée en plusieurs étapes successives, notamment avec les feutres pour lesquels la compression sans formation de plis est la plus délicate à obtenir. De même, pour un même taux de compression finale, les propriétés des produits obtenus peuvent être améliorées lorsque la compression est conduite en plusieurs étapes. Dans un autre document, la demande de brevet européen EP-A-0 434 536, on propose un feutre en fibres minérales à propriétés améliorées o les fibres ont des orientations quasi-aléatoires et qui est formé de fibres ayant pour la plus grande majorité d'entre elles, un diamètre compris entre 2,5 et 4,5 pm et une longueur de 2 à 15 centimètres et qui possède une masse. volumique non supé- -3 - rieure a 40 kg/m3. Dans cette demande, on envisage que le matelas puisse présenter un surfaçage, c'est-à-dire être revêtu d'une ou deux feuilles adhérentes de papier, d'aluminium, de polyéthylène ou de PVC. Les matelas de fibres minérales crêpées obtenus par les techniques qu'on vient de décrire sont généralement transportés et utilisés sous la forme o ils ont été fabriqués, c'est-a-dire comme des panneaux plans. Il serait cependant inté- ressant de pouvoir -temporairement ou de manière définitive- courber les matelas crêpes, éventuellement même avec des rayons de courbures petits. L'intérêt de pouvoir enrouler des matelas crêpés pour permettre le trans- lo port et le stockage de longueurs importantes sans utiliser trop d'espace est évident. Dans le domaine de l'utilisation industrielle de matelas crêpes, I'isolation de grosses canalisations ou de citernes cylindriques sur lesquelles on doit pouvoir marcher est une application dans laquelle la courbure permanente d'un matelas crêpé serait très utile. Toujours dans le domaine de l'art antérieur des feutres de laines minérales crêpées, on connaît le brevet européen EP-B-O 472 532 qui propose une tech- nique pour fabriquer une plaque crêpée revêtue d'une feuille de surfaçage d'un seul côté. Selon cette méthode, après avoir procédé au crêpage de la manière habituelle, on dépose sur les deux faces du matelas un tissu de verre avant de procéder au traitement thermique de la résine qui constituera le liant. A la sortie, on scinde le matelas dans l'épaisseur pour obtenir deux matelas identiques sur- facés d'un seul côté. Cette technique permet d'obtenir une plaque qui puisse être cintrée en laissant le tissu de verre côté concave. Le document expose claire- ment que la flexion dans l'autre direction (tissus de verre côté convexe) est impossible. En effet, le produit intermédiaire avec le tissus sur ses deux faces est décrit comme rigide mais, après scission, les fibres du côté libre " ne sont pas soumises à des forces de tension et compression dans la direction des fibres quand la plaque est courbée mais perpendiculairement aux fibres. Donc la plaque, produite par la méthode se courbe bien à cause de l'absence de liens horizontaux à l'arière ". Le rapprochement de ces deux phénomènes, rigidité de la plaque revêtue sur ses deux faces et souplesse de la plaque scindée dans son épaisseur montre que c'est en traction que le tissu de verre est indéformable et que la courbure ne peut être réalisée qu'avec le revêtement du côté concave. La tech- -4- nique de montage décrite dans le document avec les bords de la plaque de plafond " en appui sur des profilés en T" comme dans le cas d'une voûte, le confirme. L'invention se donne pour tâche de fournir un produit, matelas de fibres crêpées, qui puisse, sans détérioration, être enroulé sur lui-même, afin de per- mettre son transport et son stockage. C'est également un but de l'invention que de permettre l'utilisation de matelas en fibres minérales crêpées sur des surfaces courbes sans qu'ils perdent leurs performances, d'isolation en particulier. Pour obtenir ces résultats, I'invention propose un feutre de laine minérale crêpée, équipé sur au moins l'une de ses faces d'une feuille de surfaçage et destiné à subir une courbure temporaire ou définitive dont la face destinée à être convexe est équipée d'une feuille de surfaçage dont la résistance à l'éclatement est supérieure à 300 kPa. Cette feuille est avantageusement à base de papier kraft. Celui-ci pour atteindre à lui seul la performance de résistance à l'éclatement nécessaire doit posséder une masse surfacique supérieure ou égale à 60 g/m2. Pour s'enrouler facilement sur lui-même et pour garder toute ses perfor- mances une fois mis en oeuvre sur une surface courbe, le feutre crêpé de l'inven- tion a de préférence un taux de crêpage compris entre 4 et 5 et une masse surfa- cique inférieure à 2 kg/m2. Une variante avantageuse du produit de l'invention possède sur la face opposée à celle revêtue de la feuille de surfaçage de l'invention des fibres prati- quement toutes perpendiculaires à la surface. Une telle disposition est assurée si le feutre de laine minérale crêpée résulte en particulier de la division dans l'épais- seur d'un feutre plus épais, la face opposée à celle revêtue de la feuille de surfa- çage de l'invention étant issue de la scission. Les figures et la description qui suivent permettront de comprendre l'invention et d'en saisir les avantages. Parmi les figures, la figure 1 représente le résultat d'une courbure imposée à un matelas crêpé de l'art antérieur, la figure 2 un matelas selon l'invention avant et la figure 3, après courbure. -5- Les feutres crêpés dont il est question ici sont faits à partir de laines miné- rales, laine de verre ou laine dite de roche. Ces produits sont réalisés le plus souvent à partir de fibres obtenues par des techniques de centrifugation, selon les cas avec passage par les orifices d'un centrifugeur ou simplement par éjection à la surface de galets tournant à grande vitesse. L'installation de formation de feutres comprend tout d'abord une ou plusieurs machines du type précédent, des générateurs de fibres. Les fibres éjectées sont rassemblées en partie basse des machines par aspiration sur un tapis-convoyeur constituant le fond d'une chambre de réception. A l'intérieur de la chambre, des dispositifs projettent sur les fibres une composition liquide de liant. On s'efforce traditionnellement de faire en sorte que la distribution du liant sur la fibre soit aussi uniforme que possible pour qu'ensuite le liant soit réparti de façon bien homogène dans l'ensemble du feutre. Le feutre sortant de la chambre est ordinairement relativement léger. Sa masse volumique moyenne est faible pour une épaisseur importante. Par ailleurs, en raison du mode de formation du feutre, les fibres sont principalement orientées suivant des directions parallèles au convoyeur. Dans les installations traditionnelles de fabrication de feutres de fibres minérales, le feutre issu de la chambre de réception entre immédiatement dans lI'enceinte de traitement thermique qui permet la prise du liant. En revanche lorsqu'on fabrique un feutre crêpé on procède à une opération supplémentaire avant la prise du liant: il s'agit de modifier l'orientation dominante des fibres. Plusieurs méthodes sont possibles. C'est ainsi par exemple qu'on peut " travailler" le feutre avec des aiguilles qui, par leur action orientent les fibres perpendiculairement à la surface du feutre. Une autre méthode permet que, par une succession de modifications le feutre soit conduit à une masse volumique très sensiblement accrue et à une orientation des fibres différente. Les modifications, selon cette dernière méthode, comprennent de préfé- rence une compression du feutre dans le sens de l'épaisseur. Cette compression est obtenue par exemple en faisant passer le feutre entre deux convoyeurs, la distance séparant les deux convoyeurs allant en diminuant dans le sens de pro- gression du feutre. -6- Le feutre ainsi comprimé passe ensuite entre d'autres paires de con- voyeurs, la vitesse de chaque paire étant inférieure à celle des paires de con- voyeurs précédents, ce qui occasionne une compression longitudinale continue du feutre. Pendant cette succession de modifications, le feutre est confiné en perma- nence pour éviter qu'il ne reprenne au moins une partie de son volume initial, il est ensuite introduit directement dans l'étuve o le traitement thermique assure la réticulation du liant et la stabilisation du produit. Lorsqu'on soumet un échantillon de feutre crêpé obtenu selon l'une des méthodes précédentes à une flexion, on obtient en général même pour des rayons de courbure très grands, une dégradation du produit. Des fissures appa- raissent entre les fibres de la face convexe qui se propagent à l'intérieur du produit. On voit sur la figure 1 une illustration de ce phénomène. De telles fissures détruisent la stabilité latérale du produit et sa cohésion est gravement dégradée. En effet, la rupture de la liaison entre les fibres de part et d'autre de la fissure est irréversible: ce sont les liaisons chimiques établies dans le liant lors de sa réticulation qui n'existent plus. Le phénomène qu'on vient de décrire a pour effet qu'il est impossible de courber un feutre crêpé, même temporairement sans dégrader ses propriétés. C'est ainsi par exemple que si l'on utilise un feutre crêpé en laine de verre d'une masse volumique de 16 kg/m3 et d'une épaisseur de 120 mm pour isoler une citerne cylindrique d'un mètre de diamètre placée horizontalement - I'utilisation du matériau crêpé devant permettre de réaliser une bonne isolation continue - des fissures apparaissant du côté convexe, identiques à celles de la figure 1, elles dégradent considérablement l'isolation thermique du manteau en feutre crêpé. Dans le même ordre d'idées, quand on veut commercialiser un feutre crêpé d'une largeur de 1,20 m en longueurs de 10 m avec une masse volumique de 30 kg/m3 et une épaisseur de 30 mm, il est intéressant de pouvoir conditionner le produit en rouleaux o le feutre est enroulé sur luimême. Dans un tel cas, même si les spires externes du rouleau ont un grand rayon de courbure qui n'entraîne que des fissures de faible profondeur du côté convexe, il en va différemment au centre du rouleau o les rayons de courbures sont du même ordre que l'épaisseur du feutre et donc, à. peine supérieurs à 30 mm. Là, les dégradations sont -7 - inacceptables. Il est pourtant particulièrement intéressant de pouvoir disposer de feutres crêpés présentés en rouleaux, c'est-à-dire avec une longueur indéfinie car sur le chantier, il est alors possible de découper exactement le tronçon dont on a besoin sans créer de chutes qui constituent un gaspillage. Les inventeurs ont alors eu l'idée d'équiper l'une des faces du produit d'une feuille de surfaçage dont la fonction essentielle est d'éviter un allongement de la face convexe du produit qui doit subir une courbure. Des essais avec de nombreux matériaux différents ont été tentés, on a utilisé des films plastiques (polyéthylène), des métaux (aluminium) et différents papiers (kraft). Il s'agissait soit de films simples, soit de matériaux composites. Ces derniers se présentent sous forme de sandwichs comme par exemple un film d'aluminium associé sur toute sa surface à un film de polyéthylène, soit sous forme d'un film unique renforcé. On a ainsi testé des papiers kraft renforcés par des grilles de renfort en fils de verre ou de polyester. A titre d'exemple, on décrit ci-après une opération qui a permis d'apporter une solution au problème posé. Sur une ligne de production de laine de verre o les fibres sont obtenues en les forçant à passer au travers des orifices d'un cen- trifugeur on a introduit entre le feutre crêpé et le tapis transporteur qui le supporte avant l'entrée dans l'installation de conditionnement thermique o s'effectue la réticulation du liant, une feuille de surfaçage en papier kraft d'une masse surfa- cique de 90 g/m2. Celle-ci est collée au feutre dans l'enceinte de conditionnement et elle l'accompagne définitivement, le produit obtenu est représenté figure 2. Le feutre avait une masse volumique de 43 kg/m3 et une épaisseur de 60 mm. Son taux de crêpage, c'est à dire la concentration longitudinale des fibres réalisée lors de l'opération de crêpage était de 4,5 (c'est également le rapport des vitesses à l'entrée de la zone de crêpage et à la sortie; c'est aussi l'accroissement de masse volumique réalisé). Des essais d'enroulement sur lui-même du feutre ainsi équipé ont été faits en prenant soin de laisser le kraft du côté convexe. Après avoir maintenu le rouleau serré pendant une semaine, on a procédé à sa remise à plat, on a alors constaté qu'une fois mis à plat le feutre n'avait pas de mémoire, une fois aplati, il garde sa planéité. Ultérieurement, un examen destructif dans lequel on a séparé le papier kraft de la surface du feutre a montré l'absence de fissures: le produit n'a été en aucune manière altéré par sa mise en rouleau. -8 - Une tentative d'enroulement dans l'autre sens, le papier étant du côté con- cave, a donné au feutre l'aspect de la figure 1, une multitude de fissures qui, étant donné l'épaisseur moyenne du feutre, le traversaient de part en part en plusieurs endroits. En revanche, lorsque le papier est du côté convexe, le résultat est celui de la figure 3 o l'on voit que le feutre ne travaille qu'à la compression, du seul côté concave. Un essai comparatif mené avec un papier identique mais de masse surfa- cique plus faible (60 g/m2) s'est soldé par un échec, au cours de l'enroulement du o feutre, le papier s'est déchiré en plusieurs endroits. Les études poursuivies avec différents matériaux comme feuille de surfa- çage ont finalement montré qu'une condition nécessaire au bon fonctionnement de l'invention était que la résistance à l'éclatement de la feuille soit supérieure à un certain seuil: 300 kPa. D'une manière tout à fait surprenante, il est apparu que cette limite ne dépendait pas des caractéristiques du feutre: à partir du moment o le taux de crêpage est supérieur à 4: quelle que soit l'épaisseur ou la masse volumique du feutre, il est capable de subir des courbures fortes pouvant aller jusqu'à l'enroulement sur lui-même dans la mesure o la feuille de surfaçage est placée du côté convexe et qu'elle a une résistance à l'éclatement qui dépasse 300 kilopascals. La résistance à l'éclatement est une grandeur caractéristique de la solidité des films minces destinés à l'emballage. La mesure est effectuée selon la norme DIN 53113 (juin 1990). Les seules limites constatées ont été les grandes épaisseurs de feutres associées aux grandes masses volumiques. Les résultats deviennent moins sûrs lorsque, pas exemple, un feutre de 60 kg/m3 a une épaisseur de 120 mm. Il est alors encore possible d'imposer une courbure au feutre destiné à isoler un support courbe, mais l'enroulement du feutre sur lui- même en ne laissant au centre du rouleau aucun vide, est impossible. On a constaté que dans la mesure o le produit masse volumique multiplié par l'épaisseur restait dans certaines limites, l'enroulement était toujours possible. Si la masse volumique en kg/m3 multipliée par l'épaisseur en mètres (c'est-à-dire, la masse surfacique) reste au maximum de -9- 2 kg/m2, alors l'enroulement sur lui-même du produit selon l'invention, même avec un taux de crêpage supérieur à 4, est toujours possible. - 10 - REVENDICATIONS 1. Feutre de laine minérale crêpée, équipé sur au moins l'une de ses faces d'une feuille de surfaçage, et destiné à subir une courbure temporaire ou définitive caractérisé en ce que la face destinée à être convexe est équipée d'une feuille de surfaçage dont la résistance à l'éclatement est supérieure à 300 kPa. 2. Feutre de laine minérale selon la revendication 1 caractérisé en ce que la feuille de surfaçage est à base de papier kraft. 3. Feutre de laine minérale selon la revendication 2 caractérisé en ce que la feuille de surfaçage est constituée d'un papier kraft d'une masse surfacique supérieure ou égale à 60 g/m2. 4. Feutre de laine minérale selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que son taux de crêpage est supérieur à 4 et sa masse surfacique inférieure à 2 kg/m2 et en ce qu'il est enroulé sur lui-même pour constituer un rouleau. 5. Feutre de laine minérale selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il résulte de la division dans l'épaisseur d'un feutre plus épais.