Brevet FR2861638A1 — publié le 20050506

PROCEDE ET DISPOSITIF DE FABRICATION.DE POLYSTYRENE EXPANSE La présente invention concerne un nouveau procédé et un nouveau dispositif de fabrication de polystyrène expansé. Le polystyrène expansé ou PSE est connu pour être un matériau fiable et économique, offrant des performances d'isolation thermique et acoustique durables. On parle de polystyrène expansé acoustique (ou PSE acoustique) lorsque ce matériau est plus particulièrement conçu pour offrir de bonnes performances d'isolation acoustique. Les performances acoustiques d'un PSE sont notamment caractérisées par leur module d'élasticité. Typiquement, le module d'élasticité d'un PSE acoustique est de l'ordre de 0,25 MPa. Sa masse volumique est typiquement comprises entre 7 et 30 kg/m3, selon l'application envisagée. On connaît des techniques de fabrication de polystyrène expansé et, notamment, de panneau de polystyrène expansé. Une technique courante consiste à fabriquer des blocs de polystyrène à partir de billes expansées, ces blocs étant ensuite découpés, par exemple par la technique du fil chaud, en panneau de polystyrène. On connaît par ailleurs un procédé de fabrication de polystyrène expansé acoustique, dans lequel une élastification du polystyrène expansé est obtenue par un écrasement des blocs de polystyrène expansé, après moulage et avant découpe. Un tel processus permet typiquement de passer d'un module d'élasticité (avant compression) de 2,5 MPa à un module d'élasticité (après compression) de 0,25 MPa, soit une valeur caractéristique d'un PSE acoustique. Or, un tel procédé implique des opérations lourdes, ne serait-ce que parce qu'il implique l'utilisation de presses uniaxiales volumineuses et des durées de compression des blocs importantes. Il existe donc un besoin pour un nouveau procédé et un nouveau dispositif de fabrication de polystyrène expansé, qui résolve le problème évoqué cidessus. L'invention a pour objet un procédé de fabrication de polystyrène expansé laminé, comprenant les étapes (a) de fourniture de polystyrène expansé et (b) de laminage du polystyrène. Dans des modes de réalisation préférés, l'invention comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: le polystyrène expansé est fourni sous forme de plaque d'épaisseur comprise entre 10 et 300 mm; les étapes (a) et (b) sont effectuées en continu; la température du polystyrène expansé fourni à l'étape (a) est comprise entre 40 et 100 C; R:1Brevets120300120339.doc - 31/10/03 - 10:10 - 1/11 l'étape (b) comprend une succession de sous-étapes de laminage du polystyrène expansé ; une force de laminage à une sous-étape ultérieure est supérieure à une force de laminage à une sous-étape antérieure; l'une, au moins, des sous-étapes de laminage est effectuée selon une section de laminage variable; le procédé selon l'invention comprend en outre une étape (c) de découpe en un panneau du polystyrène expansé, laminé à l'étape (b) ; L'invention concerne également un panneau de polystyrène obtenu par le 10 procédé de la revendication 8, ayant un module d'élasticité compris entre 0,16 et 0, 30 MPa. L'invention concerne également un procédé de fabrication de complexe isolant, comprenant les étapes: (i) de fourniture d'un panneau de polystyrène expansé laminé, obtenu par le procédé de fabrication de polystyrène expansé laminé selon l'invention; (ii) de fourniture d'un support; et (iii) d'obtention d'un complexe isolant par fixation du panneau sur le support. L'invention concerne également un complexe isolant comprenant un support sur lequel est fixé un panneau selon l'invention. L'invention concerne également un dispositif de fabrication de polystyrène expansé laminé comprenant: (i) un dispositif de fabrication de polystyrène expansé ; et (ii) des moyens de laminage en sortie du dispositif de fabrication de polystyrène expansé. Dans des modes de réalisation préférés, l'invention comprend également une ou plusieurs des caractéristiques suivantes: les moyens de laminage se présentent sous la forme d'un ou plusieurs rouleaux; les moyens de laminage se présentent sous la forme d'au moins un train de laminage comprenant au moins un rouleau; une paire de rouleaux en aval d'un chemin de convoyage de polystyrène 30 expansé définit une lumière d'admission inférieure à celle définie par une paire de rouleaux en amont du chemin; les moyens de laminage ont une section de laminage variable; le dispositif de fabrication selon l'invention comprend en outre des moyens de découpe de polystyrène expansé ; D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit des modes de réalisation de l'invention, donnés à titre d'exemple uniquement et en références à la figure unique annexée, qui illustre de façon schématique un dispositif de fabrication de polystyrène expansé laminé. R:1Brevets120300120339.doc - 31/10/03 - 10:10 - 2/11 L'invention propose un procédé de fabrication de polystyrène expansé laminé, comprenant les étapes de fourniture de polystyrène expansé et de laminage du polystyrène. L'invention propose également un dispositif de fabrication de polystyrène expansé laminé, comprenant un dispositif de fabrication de polystyrène expansé et des moyens de laminage en sortie du dispositif de fabrication de polystyrène expansé. Un tel procédé et un tel dispositif simplifient la fabrication du PSE, ne serait-ce que parce qu'ils permettent de s'affranchir de l'utilisation de presse(s), et diminuent les durées de fabrication du PSE. La figure illustre de façon schématique un dispositif de fabrication de 10 polystyrène expansé laminé. En préalable au traitement effectué le long du dispositif de fabrication représentée schématiquement sur la figure, des billes de polystyrène expansibles (typiquement de diamètres de 0,2 0,3 mm) sont pré-expansées dans une installation d'expansion classique, où elles se dilatent jusqu'à atteindre typiquement 50 fois leur volume d'origine. Ensuite, ces billes expansées sont véhiculées dans un silo, par exemple de façon pneumatique, où elles connaissent une étape de maturation. Cette étape de maturation permet aux billes d'acquérir une stabilité mécanique, comme il est connu de l'art. Le cas échéant, les perles expansées peuvent être mélangées à une quantité de 20 polystyrène broyé issu d'un recyclage. Ensuite, les perles expansées sont acheminées vers un silo d'alimentation 1 du dispositif 100 de fabrication. En sortie du silo d'alimentation 1, le dispositif 100 de fabrication comprend un dispositif 2 classique de fabrication de polystyrène expansé. Dans un mode de réalisation, ce dispositif 2 de fabrication de polystyrène expansé comprend un châssis métallique (non représenté). Ce châssis supporte deux tapis 2a,2b métalliques sans fin, perforés, en regard l'un de l'autre et dont l'écartement est réglable. Cet écartement forme un espace interstitiel 20 et est ajusté en fonction de l'épaisseur désirée du produit de PSE en sortie de tapis 2a,2b. La vitesse d'avancée des tapis 2a,2b peut également être ajustée. Le châssis supporte également un ensemble de caissons 3 reliés à une alimentation vapeur, un ensemble de caissons 4 reliés à une installation de vide et un ensemble de caissons 5 reliés à un système de ventilation. Des perles expansées, provenant du silo 1 d'alimentation, sont acheminées à l'entrée de l'espace interstitiel 20, puis sont convoyées dans cette espace, entre les tapis 2a,2b. Le flux de perles acheminées à l'entrée de l'espace interstitiel peut être ajusté en fonction des dimensions de cet espace et en fonction de la vitesse d'avancée des tapis 2a,2b. R:\Brevets\20300\20339.doc - 31/10/03 - 10:10 - 3/11 Au niveau de l'ensemble de caissons 3, les perles sont balayées par de la vapeur, par exemple de la vapeur d'eau. La vapeur peut circuler à travers les perforations des tapis. Balayées par la vapeur, les perles se dilatent et se collent les unes aux autres, pour former une plaque de polystyrène expansé, moulée en continu dans l'espace interstitiel 20 formé par les tapis 2a,2b. Au niveau de l'ensemble de caissons 4, la plaque de polystyrène expansé est refroidie par l'aspiration crée par l'installation de vide. Lors de cette étape, la vapeur est aspirée et des calories sont extraites du milieu constitué par la plaque de polystyrène expansé. Au niveau de l'ensemble de caissons 5, la plaque de polystyrène expansé est ventilée, pour permettre l'extraction de gaz résiduels. A la sortie du dispositif de fabrication de polystyrène expansé, c'est-àdire l'ensemble supporté par le châssis, les perles de polystyrène expansé se présentent sous la forme d'une plaque compacte, d'épaisseur et de densité préréglées, partiellement refroidie et avançant à une vitesse également préréglée. Typiquement, l'épaisseur de la plaque en sortie est comprise entre 10 et 300 mm, ce qui évite d'avoir à manutentionner, et éventuellement découper, de gros blocs (typiquement de 500 2000 mm de haut). Le dispositif 100 de fabrication illustrée sur la figure comprend également des moyens de laminage 6,7,8 en sortie du dispositif de fabrication de polystyrène expansé. Ce dispositif de fabrication de PSE laminé comprend ainsi un dispositif de fabrication de PSE et des moyens de laminage en sortie du dispositif de fabrication de PSE. Les moyens de laminage 6,7,8 permettent la réduction de la section de polystyrène expansé arrivant dans ces moyens et, par suite, une diminution du module d'élasticité du PSE. Un tel dispositif est donc particulièrement bien adapté pour la mise en oeuvre d'un procédé de fabrication de polystyrène expansé laminé, comprenant les étapes de fourniture de polystyrène expansé et de laminage du polystyrène. Le laminage permet d'effectuer une compression en continu de polystyrène expansé, au contraire de la compression classique au moyen de presse(s). Un tel procédé et un tel dispositif permettent de s'affranchir de l'utilisation de presse(s) ; la compression en continu permet en outre de réduire la durée de la fabrication du PSE laminé par rapport à une compression discontinue, comme c'est le cas lorsque l'on utilise une presse uniaxiale. En outre, le dispositif selon l'invention ne nécessite pas d'étape intermédiaire de manutention du polystyrène expansé. Le laminage du polystyrène expansé conduit à une réduction de la section de PSE fourni et à une réduction du module d'élasticité de polystyrène expansé. Ce module passe d'une valeur de 2,5 MPa avant compression à une valeur typiquement R:\Brevets120300\20339.doc - 31/10/03 - 10:10 - 4/11 comprise entre 0,16 et 0,30 MPa après compression. La valeur du module d'élasticité du PSE peut être mesurée selon une analyse spectrale des ondes de surface. Typiquement, un échantillon de polystyrène laminé est posé sur une masse de béton et une plaque métallique est posée sur l'échantillon. Des ondes de surface sont émises en produisant un choc mécanique sur la surface de la plaque puis on mesure la fréquence des vibrations qui en résultent. Le procédé et sa mise en oeuvre dans le dispositif selon l'invention permettent donc d'atteindre un niveau de performances acoustiques supérieur à celui de l'art antérieur, avec une efficacité de production éventuellement accrue. Le produit obtenu en sortie des moyens de laminage présente une densité typiquement comprise entre 7 et 30 kg/m3, de préférence entre 10 et 20 kg/m3. Incidemment, la conductivité thermique du PSE obtenu peut être comprise entre 0,028 et 0,040 W/m.K et de préférence entre 0,030 et 0,038 W/m.K. En outre, les moyens de laminage 6,7,8 du dispositif selon l'invention se situant en sortie du dispositif de fabrication de PSE, ils permettent d'effectuer les étapes de fourniture et de laminage du polystyrène en continu. C'est-à-dire que le polystyrène fourni en sortie du dispositif de fabrication de PSE, par exemple sous forme de plaque, est introduit dans les moyens de laminage, qui laminent le polystyrène expansé en continu. Le gain d'efficacité de production est évident, étant donné que des étapes intermédiaires sont supprimées par rapport au dispositif de l'art antérieur. Par exemple: des étapes de découpe puis de manutention de blocs de PSE de volumes importants, avant et après la compression, sont supprimées. De plus, le fait d'effectuer les étapes de fourniture de polystyrène expansé et de laminage en continu permet de laminer du polystyrène expansé partiellement refroidi, c'est-à-dire encore chaud (la température du polystyrène fourni est comprise entre 40 et 100 C. Ceci est avantageux car le laminage s'effectue de préférence à chaud. Il n'est donc pas nécessaire de chauffer le polystyrène expansé introduit dans les moyens de laminage. Au contraire, le procédé connu de l'art antérieur nécessitait de chauffer un bloc de polystyrène expansé avant pressage. Dans un mode de réalisation, les moyens de laminage 6,7,8 se présentent sous la forme d'un ou plusieurs rouleaux de compression. Ces rouleaux ont des axes parallèles à la plaque de PSE et sont par exemple en acier. Leurs extrémités peuvent par exemple former des tourillons reposant dans des coussinets ou des roulements, supportés par un bâti vertical ou cage, comme il est connu de l'art du laminage. Par exemple, une cage peut comprendre deux montants, en forme de cadre en acier moulé, le cas échéant fixés sur un entablement et réunis par des entretoises. Des empoises peuvent coulisser dans ces cadres, dans lesquelles sont montés les coussinets ou les roulements recevant les tourillons des rouleaux. R:\Brevets\20300\20339.doc - 31/10/03 - 10:10 - 5/I I Les moyens de laminage peuvent se présenter sous la forme d'un ou plusieurs train(s) de laminage 6,7,8 comprenant chacun au moins un rouleau. Un train peut en outre comprendre plusieurs cages, chacune des cages comprenant au moins un rouleau. La répartition des cylindres à l'intérieur d'une même cage peut être de plusieurs types (par exemple duo, trio, double duo, quarto ou en Y ). Un tel dispositif convient à la mise en oeuvre d'un procédé de fabrication de polystyrène expansé laminé comprenant une succession de sous-étapes de laminage du polystyrène expansé. Les rouleaux disposés à l'intérieur d'un train de rouleaux forment une ou plusieurs lumières d'admission, selon le nombre de rouleaux. Le polystyrène expansé est introduit à l'intérieur d'une lumière d'admission. Ces lumières d'admission peuvent en outre être réglables et, le cas échéant, bénéficier de réglages différents. De la sorte, une paire de rouleaux en aval du chemin de convoyage de polystyrène expansé définit une lumière d'admission inférieure à celle définie par une paire de rouleaux en amont du chemin. Ainsi, la force de laminage à une sous-étape ultérieure (en aval) est supérieure une force de laminage à une sousétape antérieure (en amont). De préférence, les moyens de laminage comprennent au moins deux trains de laminage, comprenant chacun trois paires de rouleaux. Les rouleaux sont agencés par paires, c'est-à-dire un rouleau supérieur et un rouleau inférieur, délimitant une lumière d'admission ajustable pour chacune des paires de rouleaux. Dans ce qui suit, le taux de compression relative TU, exercée par un rouleau j du train i (i = 1,2), se réfère à une épaisseur e d'une plaque de PSE fournie, par exemple en sortie d'un dispositif 2 de fabrication de PSE. Typiquement, les taux T11, T12 et T13 sont respectivement compris entre 40 et 60 %, 50 et 70 % et 60 et 80 % et de préférence compris entre 45 et 55 %, 55 et 65 % et 65 et 75 %. Typiquement, les taux T21, T22 et T23 sont respectivement compris entre 55 et 75 %, 60 et 80 % et 65 et 85 %, de préférence compris entre 60 et 70 %, 65 et 75 % et 70 et 80 %. Un tel type d'agencement de rouleaux permet d'obtenir en sortie un module d'élasticité typiquement compris entre 0,16 et 0,30 MPa. En particulier, le procédé et le dispositif selon l'invention sont bien adaptés pour l'obtention de modules d'élasticité ajustés à 0,16, 0,20 ou 0,25 MPa En outre, le fait de disposer de plusieurs compressions et de pouvoir ajuster les lumières d'amission permet une compression progressive des panneaux de polystyrène expansé, c'est-à-dire moins contraignante sur la réactivité ultérieure des panneaux (et donc sur leur évolution ultérieure). De préférence, les moyens de laminage 6,7,8 ont une section de laminage variable, obtenue par exemple par des rouleaux de type banane ou par un agencement de rouleaux concentriques et de diamètres variables. De tels profils de rouleaux R:\Brevets\20300\20339.doc - 31/10/03 - 10:10 - 6/11 permettent de fournir une compression plus importante au centre de la plaque de polystyrène expansé car la plaque de PSE fournie peut présenter une épaisseur plus importante au centre. L'épaisseur plus importante au centre peut par exemple provenir d'une inhomogénéité de cuisson. Typiquement, l'écartement au centre (soit la hauteur de la lumière d'admission au centre) peut être inférieur de 5 à 30 % de l'écartement au bord des rouleaux. Les cages ou les trains de laminage peuvent en outre comporter des cylindres d'appoint, destinés à guider la plaque de polystyrène expansé. Les moyens de laminage peuvent en outre comprendre des chemins de rouleaux, des tabliers élévateurs et des règles de guidage, comme il est connu de l'art. Dans un mode de réalisation, le dispositif de fabrication de PSE laminé comprend également des moyens de délignage 9, permettant une mise à largeur par sciage de la plaque laminée, comme il est connu de l'art.. Le dispositif selon l'invention peut en outre comprendre des moyens de découpe 10 de la plaque afin de permettre une découpe en panneau de la plaque. Les panneaux obtenus selon l'invention peuvent ainsi servir à l'isolation acoustique de murs extérieurs ou intérieurs d'habitations collectives ou individuelles. Le cas échéant, les panneaux obtenus selon l'invention peuvent aussi servir à l'isolation acoustique et/ou thermique. En outre, le procédé et le dispositif selon l'invention peuvent être aisément adaptés en fonction des caractéristiques souhaitées du produit final. Il est en particulier possible d'ajuster la densité de PSE ainsi que la (les) force(s) de laminage. Il est par exemple possible d'obtenir, grâce à l'invention, un panneau isolant en PSE à caractéristiques acoustiques (et incidemment thermiques) optimisées. Il est en outre possible d'obtenir, grâce à l'invention, un panneau isolant à caractéristiques thermiques optimisées, avec par exemple une conductivité thermique de 0,032 W/m.K et à caractéristiques acoustiques optimisées. Le dispositif selon l'invention peut également comprendre des moyens de refroidissement 11, permettant un refroidissement de la plaque (ou des panneaux, le cas échéant). Le refroidissement permet d'atteindre une stabilité mécanique du PSE et s'avère d'autant plus avantageux que les tensions générées lors de la compression sont importantes. De préférence, ces moyens sont de simples accumulateurs permettant un refroidissement par circulation de l'air. Le dispositif selon l'invention peut en outre comprendre des moyens de 35 d'ajustement 12 de surface, par exemple une ligne d'usinage de surface, permettant d'obtenir le fini souhaité des surfaces de PSE, comme il est connu de l'art. R:\Brevets\20300\20339.doc - 31/10/03 - 10:10 - 7/11 Le dispositif peut également comprendre un poste 13 de découpe par fil chaud (soit des moyens de découpe additionnels), afin d'ajuster la longueur des panneaux de PSE. Le dispositif selon l'invention peut en outre comprendre un poste 14 5 d'empilement pour l'empilement des panneaux. L'invention concerne également un procédé de fabrication de complexe isolant et un complexe obtenu par ce procédé. Un complexe isolant peut être simplement réalisé à partir d'un panneau de polystyrène expansé laminé, obtenu par le procédé de fabrication de PSE laminé selon l'invention, que l'on fixe sur un support, le support pouvant lui-même être un complexe. Des modes de fixation de panneau PSE sur divers types de supports sont connus de l'art. Il ainsi possible d'obtenir des complexes isolants du type complexe de doublage thermo-acoustique, réalisé par encollage d'une plaque de plâtre (le cas échéant cartonné) sur un panneau isolant en PSE ou PSE-graphite, par exemple. De tels complexes sont particulièrement bien adaptés pour l'isolation acoustique et/ou thermique de murs extérieurs ou intérieurs d'habitations collectives et individuelles. Dans une variante des modes de réalisation décrits ci-dessus, les étapes de fourniture de polystyrène expansé et de laminage du procédé selon l'invention ne sont pas effectuées en continu. Le procédé peut comprendre des étapes intermédiaires, par exemple de découpe de la plaque en panneaux, de manutention des panneaux de PSE, de chauffage / refroidissement de la plaque ou des panneaux. Ces étapes intermédiaires peuvent faciliter la mise en oeuvre du procédé selon l'invention en tenant compte, par exemple, de contingences matérielles, telles que la taille ou la disposition des locaux accueillant le dispositif de fabrication. L'invention n'est cependant pas limitée aux variantes décrites ci-avant mais est susceptible de nombreuses autres variations aisément accessibles à l'homme du métier. R:\Brevets\20300\20339.doc - 31/10/03 - 10:10 - 8/11 9 REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication de polystyrène expansé laminé, comprenant les étapes: (a) de fourniture de polystyrène expansé ; et (b) de laminage du polystyrène. 2. Le procédé de la revendication 1, dans lequel le polystyrène expansé est fourni sous forme de plaque d'épaisseur comprise entre 10 et 300 mm. 3. Le procédé de la revendication 1 ou 2, dans lequel les étapes (a) et (b) sont effectuées en continu. 4. Le procédé de l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la température du polystyrène expansé fourni à l'étape (a) est comprise entre 40 et 100 C. 5. Le procédé de l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l'étape (b) comprend une succession de sous-étapes de laminage du polystyrène expansé. 6. Le procédé de la revendication 5, dans lequel une force de laminage à une sous-étape ultérieure est supérieure à une force de laminage à une sous-étape antérieure. 7. Le procédé de la revendication 6, dans lequel l'une, au moins, des sous-étapes de laminage est effectuée selon une section de laminage variable. 8. Le procédé de l'une quelconque des revendications 1 à 7, comprenant en outre une étape: (c) de découpe en un panneau du polystyrène expansé, laminé à l'étape (b). 9. Un panneau de polystyrène obtenu par le procédé de la revendication 8, ayant un module d'élasticité compris entre 0,16 et 0,30 MPa. 10. Un procédé de fabrication de complexe isolant, comprenant les étapes: (i) de fourniture d'un panneau de polystyrène expansé laminé, obtenu par le 30 procédé de la revendication 8; R:\Brevets\20300\20339.doc - 31/10/03 - 10:10 - 9/11 (ii) de fourniture d'un support; et (iii) d'obtention d'un complexe isolant par fixation du panneau sur le support. 11. Un complexe isolant comprenant un support sur lequel est fixé un panneau selon la revendication 9. 12. Un dispositif (100) de fabrication de polystyrène expansé laminé comprenant: (i) un dispositif (2) de fabrication de polystyrène expansé ; et (ii) des moyens de laminage (6,7,8) en sortie du dispositif (2) de fabrication de polystyrène expansé. 13. Le dispositif (100) de fabrication de la revendication 12, dans lequel les moyens de laminage (6,7,8) se présentent sous la forme d'un ou plusieurs rouleaux. 14. Le dispositif (100) de fabrication de la revendication 12, dans lequel les moyens de laminage (6,7,8) se présentent sous la forme sous la forme d'au moins un train de laminage comprenant au moins un rouleau. 15. Le dispositif (100) de fabrication de la revendication 14, dans lequel une paire de rouleaux en aval d'un chemin de convoyage de polystyrène expansé définit une lumière d'admission inférieure à celle définie par une paire de rouleaux en amont du chemin. 16. Le dispositif (100) de fabrication de l'une quelconque des revendications 12 à 15, dans lequel les moyens de laminage ont une section de laminage variable. 17. Le dispositif (100) de fabrication de l'une quelconque des revendications 12 à 16, comprenant en outre des moyens de découpe (10,13) de polystyrène expansé. R: \Brevets\20300\20339.doc - 31/10/03 - 10:10 - 10/11