Brevet FR2776224A1 — publié le 19990924

L'invention concerne des pièces de forme minces en fibres minérales, un procédé et un moule pour leur fabrication par aspiration sous vide. La fabrication de pièces de forme en fibres minérales, par exemple en fibres céramiques, par des techniques d'aspiration sous vide est bien connue. Dans une telle fabrication on utilise un moule à la forme de la pièce à obtenir et dont la paroi est perforée de manière uniforme. On plonge ensuite ce moule dans un bain de fibres en suspension dans un milieu fluide habituellement aqueux et contenant un liant, tel que du latex, permettant d'assurer la tenue mécanique et la souplesse de la pièce de forme finale. On établit une dépression d'un côté de la paroi perforée du moule afin d'aspirer le milieu fluide à travers cette paroi. Les fibres sont retenues contre cette paroi et s'y accumulent pour former la pièce désirée. L'épaisseur de la pièce est fonction du temps de séjour du moule dans la suspension de fibres. Actuellement, on trouve dans le commerce, auprès de la société Kerlane, des pièces dont l'épaisseur varie entre 7 et 100 mm. Les formes des pièces réalisées sont très variées. Malheureusement, à l'heure actuelle, on ne sait pas fabriquer, par la technique d'aspiration sous vide sus- décrite, des pièces minces, c'est-à-dire d'une épaisseur d'au plus 6 mm, de qualité satisfaisante. En effet, du fait qu'on immerge le moule dans la dispersion de fibres, le bas du moule reste plus longtemps plongé dans la dispersion de fibres que le haut du moule. La différence de temps de séjour est minime (de l'ordre de quelques millisecondes) et lorsqu'il s'agit des pièces relativement épaisses faites actuellement, elle n'est pas significative par rapport au temps total de trempage du moule (quelques secondes). Par contre dans le cas de pièces minces pour lesquelles le moule ne doit rester immergé que quelques dizaines de millisecondes, cette différence de temps de séjour entre le bas et le haut du moule devient significative et se traduit par une surépaisseur en bas de pièce, ce qui est rédhibitoire pour certaines applications. Une des applications pour lesquelles on a besoin de pièces de forme souples et minces en fibres minérales, concerne l'isolation des parties terminales des tubulures des pots d'échappement catalytiques pour véhicules automobiles dont l'utilisation tend à se généraliser afin de satisfaire aux normes anti-pollution en vigueur. Usuellement, le pot catalytique est constitué d'un monolithe en matière céramique disposé dans un carter en tôle métallique et présentant le plus souvent une structure en nid d'abeilles sur lequel est déposé le catalyseur. Le carter est raccordé à ses deux extrémités aux tubulures de la ligne d'échappement par l'intermédiaire de pièces métalliques usuellement de forme générale conique. Ces différentes parties sont dotées d'une isolation thermique et phonique. En particulier, les pièces coniques de raccordement sont isolées au moyen d'une nappe de fibres disposée entre deux parois métalliques formant chaque pièce de raccordement. Les brevets DE-36 26 728 et EP-450348 décrivent de tels dispositifs catalytiques. Dans ces dispositifs antérieurs, les pièces de raccordement comportent une partie centrale principale de forme tronconique et, facultativement, une ou deux parties terminales cylindriques. Pour l'isolation, on utilise une nappe prédécoupée à l'état plan selon une forme développée propre à donner un tronc de cône une fois montée dans la pièce de raccordement. La partie conique de révolution est ainsi isolée mais on ne peut pas, avec la même nappe isolante, également isoler la ou les parties extrêmes cylindriques éventuelles. Les nappes isolantes utilisées sont des nappes de fibres minérales ou réfractaires aiguilletées classiques, par exemple du type de celles commercialisées par la société Kerlane; leur épaisseur est de 9 mm environ mais compte tenu de leur compressibilité, leur épaisseur en service est de 5 mm environ. Il est en effet nécessaire d'avoir des produits minces car l'espace entre les parois métalliques intérieures et extérieures de chaque pièce de raccordement est relativement faible et, de plus, ces deux parois devant être soudées ensemble il faut absolument veiller à ce qu'il n'y ait pas de fibres entre les zones à souder car cela rendrait le soudage impossible. Par ailleurs, certaines pièces de raccordement ont des formes plus complexes que le cône; elles peuvent en effet être légèrement aplaties et parfois même ne pas être symétriques. Dans les cas o la géométrie de la pièce est plus complexe ou bien lorsqu'il ne s'agit pas d'une pièce de révolution, on utilise une nappe prédécoupée présentant une forme que l'on appelle "marguerite". L'utilisation de ces nappes de fibres prédécoupées - qu'elles soient destinées à isoler des parties coniques ou que ce soit des "marguerites"- présente de nombreux inconvénients. Tout d'abord, l'isolation permise par de telles formes n'est pas parfaite. En effet, dans le cas d'une pièce de raccordement à extrémité(s) cylindrique(s) on a vu que la partie cylindrique ne peut pas être correctement isolée. De plus, lorsqu'on referme la nappe pour envelopper la partie conique métallique on a une zone de jointoiement de moindre capacité isolante. Dans le cas des marguerites, ce phénomène est largement accentué puisque les découpes que l'on peut faire ne permettent pas de recouvrir de manière précise toute la pièce métallique. D'autre part, pour produire les nappes prêtes à l'emploi, il faut réaliser des étapes de découpe. Ceci entraîne des émissions de poussières qui sont particulièrement gênantes compte tenu des risques associés à l'inhalation de fibres minérales. Enfin, les formes sus-mentionnées ne permettent pas un montage automatisé des pots catalytiques. Pourtant l'industrie automobile est fortement automatisée et le montage manuel constitue un frein à un assemblage rapide. De plus, on retrouve les problèmes d'hygiène liés à la manutention de fibres minérales. Il existe donc un besoin pour des pièces de forme en fibres minérales, ayant une épaisseur sensiblement uniforme de 6 mm ou moins. Il existe également un besoin pour un procédé de fabrication de pièces de forme en fibres minérales par aspiration sous vide qui permettent de produire des pièces de forme minces et d'épaisseur sensiblement uniforme. La présente invention vise à satisfaire ces besoins. L'invention concerne des pièces de forme en fibres minérales liées par un liant, ayant une épaisseur sensiblement uniforme de 6 mm ou moins, de préférence de 2 à 6 mm. Parmi ces pièces, celles dont la partie centrale principale a une forme générale tronconique, avec ou sans extrémité(s) cylindrique(s), sont d'un intérêt particulier, étant bien adaptées à une utilisation pour l'isolation thermique des pièces de raccordement tronconiques de pots d'échappement catalytiques. L'invention concerne aussi un procédé de fabrication d'une pièce de forme en fibres minérales liées par un liant, ayant une épaisseur sensiblement uniforme de 6 mm ou moins, comprenant les étapes suivantes: a) mettre en suspension des fibres minérales dans un milieu liquide contenant au moins un liant, b) prendre un moule de la forme désirée ayant une partie supérieure et une partie inférieure et dont la paroi est perméable audit milieu liquide, c) établir une dépression d'un côté de ladite paroi, et d) plonger le moule dans ladite suspension de fibres minérales puis l'en retirer au bout d'un temps approprié pour la formation sur le moule d'un dépôt d'une pulpe composée de fibres minérales et de liant de l'épaisseur souhaitée, procédé dans lequel le temps de séjour du moule dans la suspension varie de sa partie inférieure à sa partie supérieure, ce temps étant plus long pour la partie inférieure que pour la partie supérieure, caractérisé en ce qu'on utilise un moule dont la paroi présente une perméabilité au milieu fluide qui croit de sa partie inférieure à sa partie supérieure, de manière à sensiblement compenser l'effet de la variation du temps de séjour sur la quantité de fibres localement déposées sur la paroi du moule. Le liant peut être soit un liant organique lorsqu'on désire produire une pièce souple, soit un liant minéral lorsqu'on désire obtenir une pièce rigide. Par "partie inférieure" et "partie supérieure" du moule, on désigne ici les parties du moule qui sont introduites en premier et en dernier, respectivement, dans la suspension de fibres. Les fibres minérales peuvent être, par exemple, des fibres céramiques dont la composition appartient aux systèmes silice alumine ou silice/alumine/zircone ou bien des fibres de verre ou de laine de roche. Le milieu de suspension peut être un liquide quelconque. De préférence c'est de l'eau pour des raisons d'économie, de disponibilité et d'innocuité. Le milieu de suspension doit contenir un liant. Ce liant lie les fibres entre elles lors du dépôt sur le moule et assure ensuite l'intégrité de la pièce de forme. Le liant peut être dissous, dispersé ou émulsionné dans le milieu de mise en suspension. Des exemples de liants organiques utilisables sont notamment les émulsions (latex) de caoutchouc naturel ou synthétique, par exemple acrylique. Un exemple de liant minéral est la silice colloïdale. La proportion de liant dans la pièce obtenue peut aller, par exemple, de 2 à 8% en poids bien que ces valeurs n'aient pas un caractère critique. Le temps de séjour du moule dans la suspension de fibres doit être très bref lorsqu'on veut produire des pièces d'une épaisseur de 6 mm ou moins. Le temps exact est fonction de la dépression appliquée, de la perméabilité du moule, de la charge en fibres du milieu de suspension, et des caractéristiques des fibres et du liant utilisés, entre autres. Il n'est donc pas possible de le définir ici, chaque pièce à réaliser étant un cas d'espèce. Toutefois, l'homme du métier n'éprouvera pas de difficultés à le déterminer en procédant à quelques essais de routine. L'invention concerne enfin un moule, utile pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, comportant une paroi perméable au milieu de mise en suspension des fibres minérales, caractérisé en ce que la perméabilité de cette paroi va croissante de la partie inférieure à la partie supérieure du moule. Selon un mode de réalisation, la paroi du moule est d'épaisseur sensiblement uniforme et la perméabilité résulte de perforations pratiquées dans cette paroi. Pour accroître la perméabilité de la paroi, de la partie inférieure à la partie supérieure de celle-ci, on peut soit agrandir le diamètre des perforations en maintenant constant le nombre de perforations par unité de surface de la paroi, soit maintenir constant le diamètre des perforations et accroître le nombre de perforations par unité de surface de la paroi, soit encore utiliser une combinaison de ces moyens. A titre indicatif les perforations peuvent avoir un diamètre de 1 à 5 mm avec un pas entre deux perforations adjacentes de 5 à 10 mm. Egalement, les perforations peuvent être disposées de façon alignée ou, de préférence, en quinconce. Selon un autre mode de réalisation, la paroi du moule est d'épaisseur décroissante de sa partie inférieure à sa partie supérieure et la paroi est constituée d'un matériau à porosité ouverte. Par exemple la paroi peut être réalisée en une résine synthétique poreuse, telle que celle qui peut être produite à partir d'un mélange d'une résine liquide polymérisable de méthacrylate de méthyle (comme celle disponible sous la désignation MAMMUT 2000, Resin Component, auprès de la Société HEIDELBERGER ZEMENT A.G., Heidelberg, Allemagne), et de polyméthacrylate de méthyle pulvérulent (comme celui également disponible sous la désignation MAMMUT 2000, Powdery Component, auprès de la Société HEIDELBERGER ZEMENT A.G.). D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels: - les figures 1 à 3 illustrent schématiquement un procédé classique de production d'une pièce de forme par aspiration sous vide; - la figure 4 montre un moule selon l'invention convenant à la production d'une pièce tronconique; - la figure 5 montre un autre moule selon l'invention convenant aussi à la production d'un pièce tronconique; et - la figure 6 montre encore un autre moule selon l'invention convenant à la production d'une pièce à partie centrale tronconique et à extrémités cylindriques. Sur la figure 1, on voit un moule creux 1 à paroi perforée 2, de forme tronconique, suspendu au-dessus d'un bain 3 de fibres minérales maintenues en suspension dans de l'eau par agitation du bain par l'agitateur 4. Le diamètre et le nombre de perforations par unité de surface sont constants sur toute la paroi 2. Le moule 1 est fermé à ses extrémités par des flasques 5 et le volume intérieur 6 de chaque moule est relié à une pompe à vide 7 par un conduit flexible 8. Une cuve 9 destinée à recueillir l'eau aspirée est prévue en amont de la pompe. Un dispositif électrique de levage (non représenté) permet de déplacer verticalement le moule de la position représentée sur la figure 1 à la position immergée dans le bain 2 représentée sur la figure 2, à une vitesse réglable. L'aspiration étant mise en marche, on immerge le moule dans le bain comme montré sur la figure 2 pendant un temps moyen prédéterminé. Pendant cette immersion, de la suspension est aspirée du bain 3 et est filtrée par la paroi perforée 2 qui laisse passer l'eau et retient à sa surface les fibres minérales qui s'accumulent et forment un dépôt 10. L'eau ayant filtré passe dans le conduit 8 et vient s'accumuler dans la cuve 9. Lorsque le dépôt 10 atteint l'épaisseur souhaitée, on sort le moule du bain, tout en laissant l'aspiration fonctionner de façon à retenir le dépôt de fibres plaqué contre le moule et à l'essorer le plus possible, comme le montre la figure 3. En réglant le temps de séjour du moule dans le bain, on peut ajuster l'épaisseur du dépôt 10, et donc celle de la pièce moulée. On pourrait aussi utiliser la force d'aspiration comme paramètre de réglage de l'épaisseur de la pièce, mais habituellement, pour des raisons économiques, on préfère maintenir ce paramètre constant à la valeur la plus efficace possible et se contenter de jouer sur le temps de séjour. Si on essaye, avec des moules classiques, de réduire le temps d'aspiration pour obtenir des pièces minces, par exemple de 5 mm d'épaisseur, le temps de séjour du moule dans le bain doit être tellement bref que l'opération se borne pratiquement à descendre le moule dans le bain et à le relever tout de suite. Il en résulte que la partie inférieure du moule reste plongée plus longtemps dans le bain que la partie supérieure avec pour conséquence de fortes variations d'épaisseur de la pièce. Ainsi pour une pièce tronconique de 9 cm de hauteur, on a observé une épaisseur de 6-7 mm en bas de la pièce et d'environ 2,5 mm en haut. Ceci n'est pas acceptable, la pièce, outre qu'elle ne respecte pas les cotes données par le client, est fragile et se déchire lors du démoulage. La figure 4 montre un premier moule modifié selon l'invention. Ce moule 11 d'une hauteur d'environ 9 cm, comporte une paroi métallique 12 tronconique munie de perforations 13 réparties sur sa surface et ayant des diamètres allant en croissant de la partie inférieure à la partie supérieure du moule. Ainsi on peut distinguer 3 zones perforées d'égale étendue: une zone inférieure o les perforations ont 1,5 mm de diamètre, une zone intermédiaire o les perforations ont 2,5 mm de diamètre, et une zone supérieure o les perforations ont un diamètre de 3,5 mm, la densité de perforation étant constante et égale à 4,5 trous/cm2 sur les trois zones. En variante, au lieu d'avoir des perforations de densité constante et de diamètre variable, on pourrait avoir des perforations de diamètre constant et de densité variable selon la zone considérée. La figure 5 montre un deuxième moule 21 selon l'invention, également de forme tronconique, dans lequel la perméabilité résulte non plus de perforations mais d'une porosité ouverte inhérente au matériau, qui peut être par exemple, en résine synthétique poreuse en polyméthacrylate de méthyle. Dans ce cas pour faire varier la perméabilité de la paroi sur sa hauteur, on utilise une paroi 22 de moule dont l'épaisseur décroît de la partie inférieure à la partie supérieure du moule. La figure 6, montre un troisième moule 31, qui dérive du moule de la figure 4 par adjonction, à la partie tronconique centrale 32 qui est analogue à la paroi 12 de la figure 4, de parties extrêmes cylindriques 33 et 34, de courte longueur, suivies de perforations relativement grosses pour la partie supérieure 33 et de perforations relativement petites pour la partie inférieure 34. Avec ce moule, on obtient une pièce comportant une partie tronconique principale centrale et deux parties extrêmes cylindriques. Bien que les figures illustrent seulement des moules pour la production de pièces ayant une forme de révolution, il est également possible de réaliser des pièces de forme non développable. Il suffit pour cela de prendre l'empreinte du moule à réaliser directement sur la pièce, par exemple une pièce à isoler thermiquement, sur laquelle la pièce fibreuse devra ultérieurement être positionnée. Les moules de l'invention permettent, en fait, lors de l'aspiration, de régler le débit de filtrat différentiellement dans diverses zones du moule. Le temps de filtration est égal en temps de séjour dans le bain et varie du haut au bas du moule comme indiqué précédemment. En ajustant le débit de filtrat on peut obtenir une quantité de filtrat, (égale au produit débit de filtrat x temps de filtration) à peu près constante dans les diverses zones du moule et, donc, une épaisseur de fibres déposées également à peu près constante. Comme indiqué ci-dessus, pour les moules à paroi perforée, l'uniformisation de la quantité de filtrat peut être obtenue en faisant varier la taille et/ou la densité 11 des perforations dans les diverses zones du moule. Cette variation peut être continue ou par incréments. Dans le cas de moules à paroi poreuse, le même effet peut être obtenu en faisant varier l'épaisseur de la paroi du moule,5 ce qui induit une perte de charge variable qui rend l'aspiration plus ou moins facile et module ainsi localement la quantité de filtrat. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une pièce de forme en fibres minérales comprenant les étapes suivantes: a) former une suspension (3) de fibres minérales dans un milieu liquide contenant un liant, b) prendre un moule (1) de la forme désirée ayant une partie supérieure et une partie inférieure et dont la paroi (2) est perméable audit milieu liquide, c) établir une dépression d'un côté de ladite paroi, et d) plonger le moule dans ladite suspension de fibres minérales puis l'en retirer au bout d'un temps approprié pour la formation sur le moule d'un dépôt (10) de fibres minérales de l'épaisseur souhaitée, procédé dans lequel le temps de séjour du moule dans la suspension varie de sa partie inférieure à sa partie supérieure, ce temps étant plus long pour la partie inférieure que pour la partie supérieure, caractérisé en ce qu'on utilise un moule dont la paroi présente une perméabilité au milieu fluide qui croit de sa partie inférieure à sa partie supérieure, de manière à sensiblement compenser l'effet de la variation du temps de séjour sur la quantité de fibres localement déposées sur la paroi du moule. 2. Moule, utile pour la mise en oeuvre du procédé de la revendication 1, comportant une paroi (2) perméable au milieu de mise en suspension des fibres minérales, caractérisé en ce que la perméabilité de cette paroi va croissante de la partie inférieure à la partie supérieure du moule. 3. Moule selon la revendication 2, caractérisé en ce que la paroi du moule est d'épaisseur sensiblement uniforme et la perméabilité résulte de perforations pratiquées dans cette paroi, le diamètre des perforations et/ou leur nombre par unité de surface allant en croissant de la partie inférieure à la partie supérieure dudit moule. 4. Moule selon la revendication 2, caractérisé en ce que la paroi du moule est d'épaisseur décroissante de sa partie inférieure à sa partie supérieure et la paroi est constituée d'un matériau à porosité ouverte. 5. Pièces de forme en fibres minérales liées par un liant, produites par le procédé de la revendication 1 et ayant une épaisseur sensiblement uniforme d'au plus 6 mm. 6. Pièces selon la revendication 5, caractérisées en ce qu'elles sont des pièces d'isolation thermique pour pots d'échappement catalytiques. 7. Pièces selon la revendication 6, caractérisées en ce qu'elles comportent une portion de forme tronconique (32). 8. Pièces selon la revendication 7, caractérisées en ce qu'elles comportent, en outre, des portions cylindriques (33, 34) aux extrémités de la portion tronconique. 9. Pièces selon l'une quelconque des revendications à 8, caractérisées en ce qu'elles sont souples et en ce que les fibres sont liées par un liant organique.