Brevet FR2763112A1 — publié le 19981113

La présente invention concerne un matériau pour composer des isolants thermiques multicouches. Les couches d'air minces, en limitant la convection naturelle, ont une conductivité thermique équivalente (conduction + convection) très basse (descendant jusqu'à 0,022 W.m-I.K-1 = 0,013 BTU.h- 1 .ft-1 . F- 1 ). De cette propriété partent les isolants thermiques multicouches qui se composent d'une ou plusieurs couches d'air délimitées par des films en une matière quelconque, imperméables ou peu perméables à l'air. L'épaisseur desdites couches d'air va d'un millimètre jusqu'à quelques centimètres. La transmissivité thermique (conduction+convection+radiation, unité W.m- 1 .K- ou BTU.h-l.ft-1."F-l) de ce type d'isolant diminue encore avec l'emploi de films délimitants fabriqués en matières peu émissives dans le spectre infrarouge concerné (feuilles en métal), avec la métallisation des surfaces des films s'ils se composent d'un matériau plus émissif, ou bien avec l'inclusion d'au moins une feuille en métal ou encore avec la métallisation d'au moins une surface si les films composant l'isolant sont transparents à la radiation thermique infrarouge. Le problème technique est de maintenir les couches d'air constituées en empêchant les films délimitants de se rapprocher, ce qui se traduirait par la diminution de l'épaisseur desdites couches d'air et l'augmentation conséquente de la conductance (unité W.m-2.K-l ou BTU.h-i.ft- 2.0F- 1) thermique de l'isolant. Une des solution existantes consiste en l'insertion de grilles en mousse synthétique dans les couches d'air. Le désavantage de cette solution est la quantité importante des chutes, les grilles étant fabriqués par le découpage de plaques entières de la mousse. Une autre solution connue est le piquage d'une multitude de segments de fil dans les films porteurs, leur donnant un aspect velouté et une certaine épaisseur. Le désavantage de cette solution tient dans la faiblesse de l'épaisseur des couches d'air qui peut être ainsi atteinte et qui diminue davantage avec le temps et l'usage, les segments de fil ayant une tendance à se coucher. Une troisième solution répandue est le garnissage des films porteurs d'une multitude de bulles hermétiques en plastique, gonflées à l'air. Le désavantage de cette solution est l'impossibilité de compression élastique desdites bulles. La solution apportée par la présente invention consiste en l'introduction d'une certaine quantité de morceaux calants dans les couches d'air, en les remplissant partiellement, et fixés à l'un ou aux deux films délimitants voisins. Les morceaux calants, présents dans les couches d'air et répartis, si possible, régulièrement, s'opposent au rapprochement des films délimitants et à la diminution conséquente de l'épaisseur des couches d'air. Les morceaux calants peuvent être soit une multitude, soit un seul (ou quelquesuns), filiforme et continu, étalé dans la couche d'air. La transmissivité thermique des morceaux calants devant être, elle aussi, faible, afin de ne pas compromettre les qualités isolatrice du matériau, on les choisira dans le groupe suivante - morceaux de : mousses synthétiques (en polyuréthane, polyimide, polyéthylène, PP, PVC, aminoplaste, phénolique, silicone, polystyrène expansé, par exemple), mousses et éponges naturelles, écorces (dont liège), bois (dont balsa), ouate, kapok, laine, feutre, laine de verre, laine minérale, fibres synthétiques enchevêtrés, caoutchouc, silicone, matières plastiques; coupures de carton ondulé - objets entiers ou leur fragments: pailles et gaines synthétiques, pailles naturelles, brindilles, tiges de plantes. En pratique, I'invention se présente sous la forme d'un matériau pour composer des isolants thermiques multicouches, composé d'un film porteur ou plusieurs films porteurs superposés, fait(s) d'une matière quelconque, imperméable(s) ou peu perméable(s) à l'air, tel film en plastique (polyéthylène, polypropylène, polyester, Nylon, par exemple), film en plastique métallisé, papier, papier métallisé, feuille en métal, tissu, tissu métallisé, ou leur composites, garni(s) des morceaux calants fixés au(x) film(s) porteur(s). Les morceaux calants composant le garnissage peuvent être fixés au(x) film(s) porteur(s) par n'importe quel moyen pertinent, en particulier par collage, soudage thermique, haute fréquence ou ultrason, couture ou introduction dans des incisions ou trous pratiqués à cet effet dans le(s) film(s) porteur(s). Pour fixer les morceaux calants au film porteur, celui-ci peut être formé de deux films constituants rassemblés (laminés, collés, soudés, cousus, par exemple), entre lesquels lesdits morceaux calants seront logés. Les films porteurs peuvent être perforés d'une multitude de petits trous ou incisions, si besoin est, notamment pour permettre le passage de la vapeur d'eau ou l'évacuation de l'air lors de compactage du matériau, en prenant soin toutefois de ne pas rendre les films porteurs trop perméables à l'air, ce qui menacerait les qualités isolatrices du matériau. Si l'on emploie plusieurs films porteurs superposés, on peut créer un ensemble solidaire en se servant des morceaux calants composant le garnissage comme des éléments de jonction. On fixe alors chaque morceau (ou une partie des morceaux) à au moins deux films porteurs à la fois, et cela de manière à rendre, en fin de compte, les films porteurs superposés indissociables. On peut aussi bien utiliser pour cela des morceaux calants filiformes et les faire traverser chacun plusieurs films porteurs à la fois, pour coudre ainsi les films porteurs ensemble. Dans le cas des films porteurs formés chacun de deux films constituants rassemblés logeant entre eux les morceaux calants, superposés, il y aura obligatoirement des points de contact entre chaques films porteurs immédiatement voisins deux à deux. On peut alors solidariser les films porteurs superposés dans lesdits points de contact (par soudage, collage, couture, par d'exemple). L'on peut aussi, dans lesdits points de contact, enlever une certaine surface d'un ou de deux films constituants attenants et solidariser les deux films porteurs en fixant (collant, soudant, cousant, par exemple) la surface dégagée du morceau calant d'un film porteur à l'autre film porteur (à son film constituant attenant) ou à la surface dégagée du morceau calant de l'autre film porteur. En posant une strate ou en superposant plusieurs strates du matériau selon l'invention et en y intercalant ou en les enveloppant éventuellement des films délimitants simples choisis dans le même groupe de matériaux que le films porteurs on obtient une succession de films imperméables ou peu perméables à l'air et des couches d'air partiellement remplies par les morceaux calants. On a alors en effet un isolant thermique multicouches. On peut froisser au préalable les films porteurs et les films délimitants simples afin qu'ils gagnent en rigidité et en résistance au pliage sous le poids des strates superposés. La présente invention permet aussi de concevoir des isolants thermiques multicouches dont le volume peut être réduit à des fins de stockage ou de transport. Deux modes particuliers de réalisation s'offrent alors: 1) on garnira le(s) film(s) porteur(s) de morceaux calants d'une forme allongée, filiformes, qui parcourront le(s) film(s) porteur(s) en lignes parallèles (parallèles dans le cadre d'un même film porteur et, le cas échéant, parallèles dans le cadre de tous films porteurs superposés), ou grossièrement parallèles, pour chaque film porteur: (a) sur une de ses faces, (b) sur ses deux faces, (c) alternativement sur l'une ou l'autre face, en se faufilant à travers les incisions ou trous pratiqués dans le film porteur, (d) entre les deux films constituants rassemblés formant le film porteur, (e) en une combinaison quelconque de manières précédentes. Pour mettre l'isolant en oeuvre, on posera une strate du matériau ou on superposera plusieurs strates du matériau en orientant de préférence de manière croisée, laquelle assure à l'isolant son épaisseur et sa stabilité, les sens des lignes parallèles de chaque strates immédiatement voisines deux à deux, et on y intercalera ou on l'enveloppera éventuellement des films délimitants simples. Pour stocker ou transporter l'isolant, on arrangera les strates du matériau en orientant parallèlement (ou presque) les sens de lignes parallèles de toutes strates et on enroulera ou on ramassera l'isolant tout en le serrant. Les films porteurs devront être suffisamment souples et tenaces pour autoriser leur pliage ou au moins leur enroulement. Le taux de réduction du volume pourra approcher la valeur suivante : (volume de l'isolant déployé) / (volume des morceaux calants utilisés + volume des films porteurs utilisés). 2) on composera l'isolant thermique multicouches d'une manière quelconque selon l'invention, en se servant (exclusivement ou en partie) de morceaux calants élastiques, supportant la compression sans déformation permanente (notamment des morceaux de mousse souple à cellules ouvertes en polyuréthane ou polyimide, ou des gaines et pailles élastique en caoutchouc ou en matière plastique) et de films porteurs suffisamment souples et tenaces pour autoriser leur froissement, leur pliage ou au moins leur enroulement. Pour stocker ou transporter l'isolant, on l'enroulera ou on le ramassera tout en le serrant, ou on le comprimera tout simplement. Si on veut compresser aussi les morceaux calants logés entre deux films constituants rassemblés, on perforera au préalable les films constituants dans les lieux ou ils entourent les morceaux calants, afin de permettre l'évacuation de l'air. Le taux de la réduction du volume pourra approcher la valeur suivante : (volume de l'isolant déployé) / [(volume des morceaux calants utilisés) / (taux de leur compression à l'intérieur de l'isolant compacté) + (volume des films porteurs utilisés)]. Dans les deux cas, lors du compactage, des voies dégagées devront être prévues pour permettre à l'air contenu dans le volume de l'isolant de s'échapper. À titre d'exemples non - limitatifs: Un matériau pour composer des isolants thermiques multicouches sera composé d'un film porteur garni de morceaux filiformes de mousse synthétique à section carrée de 5 mm x 5 mm parcourant le film porteur en lignes parallèles distantes de 3 cm. Chaque morceau filiforme de mousse se faufile par le film porteur à travers des trous de 5 mm de diamètre placés chaques 6 cm, courant ainsi alternativement sur les deux côtés du film. Les trous sont disposés dans une matrice régulière à maille de 6 cm x 3 cm et les morceaux filiformes de mousse de chaques lignes immédiatement voisines deux à deux plongent et émergent à tour de rôle. Un autre matériau pour composer des isolants thermiques multicouches sera composé d'un film porteur gami de morceaux de mousse synthétique en forme d'un cube de 10 mm de côté, entaillés sur tout leur pourtour à leur mi hauteur, les deux moitiés ne restant jointes que par un tronc épargné de 6 mm de diamètre. Le film porteur sera parsemé de trous de 6 mm de diamètre disposés dans une matrice régulière à maille de 3,5 cm x 3,5 cm. Chaque morceau cubique de mousse sera comprimé, introduit dans un trou et relâché, une moitié se trouvant d'un côté et l'autre de l'autre côté du film porteur, celui-ci rentrant dans l'entaille et encerclant le tronc épargné du cube de mousse. Dans les deux cas, les morceaux de mousse restent solidement fixés au film porteur. On utilisera du film métallisé en polyester, polyéthylène, polypropylène ou Nylon de 10 micromètres = 0,4 mil d'épaisseur et de la mousse souple à cellules ouvertes en polyuréthane de 20 kg.m-3 = 1,25 Ib.ft-3. Dans le premier cas, pour composer un isolant thermique multicouches, on superposera des strates du matériau selon l'invention en orientant de préférence perpendiculairement le sens des lignes parallèles de chaques strates immédiatement voisines deux à deux. Dans le second cas, on superposera des strates du matériau selon l'invention tout simplement. Les deux isolants thermiques multicouches ainsi obtenus auront les caractéristiques suivantes : I'épaisseur moyenne des couches d'air : 5 mm = 0,2 inch, taux de remplissage du volume des couches d'air par les morceaux de mousse 16,7 %, transmissivité thermique calculée : 0,032 W.m-1 .K-1 = 0,018 BTU.h-1.ft-l. F-l, masse volumique 5,4 kg.m-3 = 0,34 Ib.ft-3, compressibilité 12 fois. Les deux isolants thermiques multicouches décrits, composés chacun d'un matériau selon la présente invention, sont légers, à faible transmissivité thermique, à haute compressibilité élastique, perméables à la vapeur d'eau (les trous dans les films porteurs, même si partiellement obstrués par les morceaux de mousse (à cellules les ouvertes) qui les traversent, permettent la transpiration ainsi que l'évacuation de l'air lors de compactage), et s'avèrent alors spécialement adaptés pour l'usage dans les sacs de couchage, couvertures, couvertures de survie, vêtements et tentes. Un troisième matériau pour composer des isolants thermiques multicouches consistera en un film porteur gami de morceaux calants filiformes à section carrée de 8 mm x 8 mm (pour l'isolation de surfaces verticales) ou de 5 mm x 5 mm (pour l'isolation de surfaces horizontales) placés en lignes parallèles distantes de 10 cm ou 3 cm, respectivement. Les morceaux calants seront découpés dans la mousse souple à cellules ouvertes en polyuréthane de 20 kg.m3 =1,25 Ib.ft-3. Le film porteur sera composé de deux films constituants en polyester, polyéthylène, polypropylène ou Nylon, de 12 micromètres = 0,5 mil d'épaisseur, métallisés sur leurs faces extérieures, laminés ensemble de la façon à enfermer entre eux les morceaux calants. Le laminage sera interrompu dans les parties des films constituants qui encerclent les morceaux calants, laissant sur les deux films constituants des bandes parallèles de 2 cm resp. 1,25 cm de largeur, non - laminés, disposés à l'intervalle de 10,32 cm resp. 3,2 cm. Pour composer un isolant thermique multicouche, on superposera les strates dudit matériau en orientant de préférence perpendiculairement les sens des lignes parallèles de chaques deux strates immédiatement voisines deux à deux. L'isolant obtenu aura les caractéristiques suivantes : I'épaisseur moyenne des couches d'air : 8 mm ou 5 mm, respectivement, taux de remplissage du volume des couches d'air par les morceaux de mousse : 8 % resp. 16,7 %, transmissivité thermique calculée : 0,029 W.rTr 1.K-1 = 0,017 BTU.h-i .ft-1 .0F-i, masse volumique 5,4 kg.m-3 = 0,34 Ib.ft-3 resp. 9,33 kg.m-3 = 0,58 Ib.ft-3 compressibilité : 23 resp. 1 1 fois. L'isolant décrit, n'étant pas perforé, conviendra particulièrement pour utilisation dans les bâtiments, ajoutant à sa fonction principale d'isolation thermique celle accessoire d'une barrière à la vapeur d'eau et au radon. Dans le matériau susmentionné et à la place des morceaux filiformes de mousse, des morceaux calants suivants peuvent être employés sans changement significatif en ce qui concerne la transmissivité thermique : morceaux filiformes de mousse en polyéthylène à cellules fermées 30 kg.m-3 = 1,88 Ib.ft-3 à section correspondante ; pailles en plastique à diamètre 8 mm resp. 5 mm, telles que servis avec des boissons. À titre d'exemples non - limitatifs, les matériaux selon l'invention, utilisant des morceaux calants filiformes placés en lignes parallèles, peuvent être fabriqués en processus continu en bandes infinies, d'une largeur voulue. Les morceaux calants seront placés dans le sens de largeur, ou bien en serrant un angle avec lui. L'avantage de ce dernier arrangement réside dans le fait que, en pliant la bande garnie dans le sens de sa largeur ou bien de sa longueur, les morceaux calants filiformes de deux strates superposées obtenues se retrouveront automatiquement dans une position croisée. Si l'angle que serre l'orientation des lignes parallèles avec le sens de largeur de la bande est 45 , I'angle entre les orientations des lignes parallèles de deux strates superposées sera 90". À titre d'exemples non - limitatifs, pour confectionner des blocs ou panneaux d'isolation thermique consolidés, on superposera des strates du matériau selon l'invention d'une manière convenable et on liera ensemble (par collage, couture, soudure, par exemple) les bords extérieurs des films porteurs. D'une manière générale, la présente invention permet de concevoir des isolants thermiques multicouches ayant les avantages suivants: 1) une transmissivité thermique minimale - il n'y a pas des meilleurs isolants thermiques que ceux bien conçus multicouches à émissivités des films délimitants basses 2) compressibilité -les volumes de transport, de stockage et de déchets se trouveront réduits d'une manière significative 3) modularité - permet d'atteindre la résistance thermique désirée 4) une faible densité - essentiel pour les sacs de couchage et les avions. Moins de matière signifie aussi - coûts de production inférieurs - coûts de transport et de stockage inférieurs - masse de déchets réduite - moins du feu, plus de la sécurité incendie 5) manipulation facile - nul besoin de moyens de protection. Les applications de la présente invention comprennent notamment 1) isolation volumique et barrière radiative pour les bâtiments et caravanes 2) sacs de couchage, couvertures, couvertures de survie, vêtements et tentes 3) réfrigérateurs, congélateurs, chambres froides 4) boites et sacs isothermiques pour les aliments chauds et denrées surgelées 5) matériau d'emballage amortisseur de chocs. 1) matériau pour composer des Isolants thermiques multicouches caractérisé par ce qu'il consiste en un film porteur, ou en plusieurs films porteurs superposés, fait(s) d'une matière quelconque, imperméable(s) ou peu perméable(s) à l'air, garni(s) de morceaux calants fixés au(x) film(s) porteur(s). Les morceaux calants sont choisis dans le groupe suivant: morceaux de: mousses synthétiques, mousses et éponges naturelles, écorces, bois, ouate, kapok, laine, feutre, laine de verre, laine minérale, fibres synthétiques enchevêtrés, caoutchouc, silicone, matières plastiques ; coupures de carton ondulé, objets entiers ou leurs fragments : pailles et gaines synthétiques, pailles naturelles, brindilles, tiges de plants. 2) matériau selon la revendication 1) caractérisé par ce qu'au moins une partie des morceaux calants sont fixés au(x) film(s) porteur(s) par collage, soudage thermique, haute fréquence ou ultrason, ou par couture. 3) matériau selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par ce qu'au moins un film porteur est composé de deux films constituants rassemblés, entre lesquels sont logés les morceaux calants. 4) matériau selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé par ce qu'au moins un film porteur est parsemé d'incisions ou de trous et qu'au moins une partie des morceaux calants sont introduits dans les incisions ou les trous de la façon à rester fixés au(x) film(s) porteur(s). 5) matériau selon l'une quelconque des revendications précédentes, composé de plusieurs films porteurs superposés, caractérisé par ce qu'au moins une partie des morceaux calants sont fixés à au moins deux films porteurs à la fois ou qu'ils traversent au moins deux films porteurs à la fois, et cela de manière à former de tout un ensemble solidaire en empêchant les films porteurs de se séparer. 6) matériau selon rune quelconque des revendications précédentes, à volume réductible, caractérisé par ce que les morceaux calants sont d'une forme allongée, filiformes, et qu'ils gamissent le(s) film(s) porteur(s) en le(s) parcourant en lignes parallèles ou grossièrement parallèles et que le(s) film(s) porteur(s) est (sont) suffisamment souple(s) et tenace(s) pour autoriser son (leur) pliage ou au moins son (leur) enroulement. 7) matériau selon l'une quelconque des revendications précédentes, à volume réductible, caractérisé par ce que les morceaux calants sont élastiques, supportant la compression sans déformation permanente, et que le(s) film(s) porteur(s) est (sont) suffisamment souple(s) et tenace(s) pour autoriser son (leur) froissement, son (leur) pliage ou au moins son (leur) enroulement.