Brevet FR3098442A1 — publié le 20210115

Description Titre de l'invention : Isolant thermique à haute température pour protection coupe-feu Domaine technique [0001] L'invention se rapporte au domaine technique des isolants thermiques à haute tem- pérature. Par « haute température », on entend une température pouvant atteindre 1500°C. [0002] L'invention trouve notamment son application dans la fabrication de dispositifs de protection coupe-feu (e.g. panneaux, cloisons...) pour lutter contre la propagation d'un incendie. État de l'art [0003] Un isolant thermique à haute température connu de l'état de la technique, comporte un complexe textile, réfractaire jusqu'à une température de 1500°C, et présentant une conductivité thermique à 1000°C inférieure ou égale à 1 W.m '.K de préférence inférieure ou égale à 0,5 W.m '.K le complexe textile comportant : - un tissu, comprenant des première et seconde surfaces opposées ; - une nappe de fibres, s'étendant à la première surface du tissu ; la seconde surface du tissu étant aiguilletée de manière à solidariser le tissu avec la nappe de fibres. [0004] Le complexe textile comporte classiquement un tissu additionnel, comprenant des première et seconde surfaces opposées, la nappe de fibres s'étendant à la première surface du tissu additionnel, la seconde surface du tissu additionnel étant aiguilletée de manière à solidariser le tissu additionnel avec la nappe de fibres. Un tel tissu additionnel permet de protéger la nappe de fibres. [0005] Un tel isolant thermique à haute température de l'état de la technique est souple et fragile mécaniquement, et ne convient donc pas en l'état pour former des dispositifs de protection coupe-feu rigides de type panneau ou cloison. Pour pallier ce problème, il est connu de l'état de la technique de coller une structure rigide sur le complexe textile afin d'améliorer la tenue mécanique de l'isolant thermique. Cette solution n'est pas entièrement satisfaisante en termes d'adhérence, et conduit généralement à une dégradation du tissu sur lequel est collée la structure rigide. Exposé de l'invention [0006] L'invention vise à remédier cn tout ou partie aux inconvénients précités. A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un isolant thermique à haute température, comportant les étapes : a) fournir un complexe textile, réfractaire jusqu'à une température de 1500°C, et présentant une conductivité thermique à 1000°C inférieure ou égale à 1 W.m1.K-', le 2 complexe textile comportant : - un tissu, comprenant des première et seconde surfaces opposées ; - une nappe de fibres, s'étendant à la première surface du tissu ; la seconde surface du tissu étant aiguilletée de manière à solidariser le tissu avec la nappe de fibres ; h) enduire une résine minérale sur la seconde surface aiguilletée du tissu ; c) sécher la résine minérale, la résine minérale séchée étant réfractaire jusqu'à une température de 1500°C et présente une conductivité thermique à 1000°C inférieure ou égale à 1 W.m-'.K-1. [0007] Ainsi, un tel procédé selon l'invention permet d'améliorer la tenue mécanique de l'isolant thermique à haute température grâce à la résine minérale. Il a été constaté une excellente adhérence de la résine minérale sur le tissu, après séchage de la résine minérale. L'adhérence de la résine minérale sur le tissu est très supérieure (d'un facteur 4) par rapport à un collage d'une structure rigide sur le tissu. Cette excellente adhérence peut s'expliquer par la seconde surface aiguilletée du tissu qui est rugueuse et confère une excellente accroche de la résine minérale. Par ailleurs, il a été constaté que l'adhérence obtenue est plus durable dans le temps que celle obtenue par un collage. [0008] Définitions [0009] - Par « réfractaire », on entend que le fait de porter le complexe textile - respectivement la résine minérale séchée- jusqu'à une température de 1500°C ne modifie peu sa nature chimique (i.e. possède une inertie chimique), ou physico-chimique ni ses caractéristiques physiques. En d'autres termes, la résistance pyroscopique du complexe textile et de la résine minérale séchée est d'au moins 1500°C. [0010] - Par « tissu », on entend un tissu de fibres, c'est-à-dire des fibres tissées. [0011] - Par « nappe de fibres », on entend des fibres non tissées, agencées en parallèle les unes des autres, par exemple par cardage. [0012] - Par « aiguilletée », on entend que la seconde surface du tissu a subi un aiguilletage consistant à entraîner une pluralité d'aiguilles (classiquement métalliques) dans un mouvement vertical de sorte que les aiguilles transpercent la nappe de fibres de manière à enchevêtrer les fibres du tissu avec les fibres de la nappe et obtenir une consolidation mécanique. [0013] - Par « résine minérale », on entend un composé inorganique durcissant à faible tem- pérature, de préférence à température ambiante. [0014] Le procédé selon l'invention peut comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes. [0015] Selon une caractéristique de l'invention, l'étape b) est exécutée de sorte que des renforts sont imprégnés avec la résine minérale. [0016] Ainsi, un avantage procuré par un tel matériau composite est d'améliorer la tenue 3 mécanique de l'isolant thermique à haute température, à épaisseur constante de la résine minérale séchée. Autrement dit, pour une tenue mécanique prédéterminée (i.e. à adhérence constante), de tels renforts permettent de réduire l'épaisseur de la résine minérale séchée. [0017] Selon une caractéristique de l'invention, l'étape b) est exécutée de sorte que la résine minérale et les renforts forment un matériau stratifié. [0018] Ainsi, un avantage procuré par la stratification est d'accroitre la tenue mécanique de l'isolant thermique à haute température. [0019] Selon une caractéristique de l'invention, l'étape c) est exécutée de sorte que le matériau stratifié séché présente une épaisseur comprise entre 5 mm et 10 mm. [0020] Selon une caractéristique de l'invention, l'étape b) est exécutée de sorte que les renforts sont des fibres, de préférence choisies parmi des fibres de verre, des fibres de silice, des fibres de basalte, des fibres de carbone. [0021] Ainsi, un avantage procuré par de tels renforts est d'accroitrc la tenue mécanique de l'isolant thermique à haute température, tout en possédant d'excellentes propriétés diélectriques et de réfractarité à haute température. [0022] Selon une caractéristique de l'invention, la résine minérale est enduite lors de l'étape b) à partir d'une solution aqueuse comportant : - un phosphate de métal, - un oxyde de bore, - de la wollastonite. [0023] Ainsi, un avantage procuré par une telle résine minérale est d'obtenir une excellente adhérence sur le tissu, tout particulièrement lorsque le tissu comporte des fibres de silice ou des fibres de verre. Par ailleurs, une telle résine minérale possède d'excellentes propriétés diélectriques et de réfractarité à haute température. [0024] Selon une caractéristique de l'invention, la résine minérale enduite lors de l'étape b) est un géopolymère, de préférence un géopolymère à base d'aluminosilicate. [0025] Ainsi, un avantage procuré par de telles résines minérales est d'obtenir une excellente adhérence sur le tissu, tout particulièrement lorsque le tissu comporte des fibres de silice ou des fibres de verre. Par ailleurs, de telles résines minérales possèdent d'excellentes propriétés diélectriques et de réfractarité à haute température. [0026] Selon une caractéristique de l'invention, la résine minérale enduite lors de l'étape b) comporte des charges minérales, de préférence choisies parmi la perlite, la vermiculite, l'argile expansée, l'alumine, le verre. [0027] Ainsi, un avantage procuré par la perlite, la vermiculite, ou l'argile expansée est d'améliorer les propriétés d'isolation thermique de la résine minérale. Un avantage procuré par l'alumine ou le verre est d'améliorer les propriétés mécaniques et la réfractarité de la résine minérale. [0028] Selon une caractéristique de l'invention, l'étape a) est exécutée de sorte que le tissu comporte des fibres de silice ou des fibres de verre. [0029] Ainsi, un avantage procuré par de telles fibres est lié à leurs excellentes propriétés di- électriques et de réfractarité à haute température. [0030] Selon une caractéristique de l'invention, l'étape a) est exécutée de sorte que la nappe de fibres comporte des fibres minérales, de préférence choisies parmi des fibres de silice, des fibres de verre, des fibres de silicate alcalino-terreux. [0031] Ainsi, un avantage procuré par de telles fibres est lié à leurs excellentes propriétés di- électriques et de réfractarité à haute température. [0032] Selon une caractéristique de l'invention, l'étape a) est exécutée de sorte que la seconde surface aiguilletée du tissu présente une densité comprise entre 10 coups par cm2 et 35 coups par cm2. [0033] Ainsi, un avantage procuré par une telle gamme de densités est d'obtenir une rugosité de surface optimale pour augmenter l'adhérence avec la résine minérale. [0034] Selon une caractéristique de l'invention, le complexe textile fourni lors de l'étape a) comporte un tissu additionnel, comprenant des première et seconde surfaces opposées, la nappe de fibres s'étendant à la première surface du tissu additionnel, la seconde surface du tissu additionnel étant aiguilla& de manière à solidariser le tissu additionnel avec la nappe de fibres. [0035] Ainsi, un avantage procuré par le tissu additionnel est de protéger la nappe de fibres. [0036] Selon une caractéristique de l'invention, le procédé comporte les étapes : d) enduire une résine minérale additionnelle sur la seconde surface aiguilletée du tissu additionnel, e) sécher la résine minérale additionnelle, la résine minérale additionnelle séchée étant réfractaire jusqu'à une température de 1500°C et présente une conductivité thermique à 1000°C inférieure ou égale à 1 W.m '.K [0037] Ainsi, un avantage procuré est de pouvoir prendre en sandwich le complexe textile par deux résilles minérales afin d'améliorer la tenue mécanique de l'isolant thermique à haute température. [0038] Selon une caractéristique de l'invention, comportant une étape a') consistant à fournir un complexe textile additionnel, réfractaire jusqu'à une température de 1500°C, et présentant une conductivité thermique à 1000°C inférieure ou égale à 1 W.m '.K1, le complexe textile additionnel comportant : - un tissu, comprenant des première et seconde surfaces opposées ; - une nappe de fibres, s'étendant à la première surface (lu tissu ; la seconde surface du tissu étant aiguilletée de manière à solidariser le tissu avec la nappe de fibres ; l'étape b) étant exécutée de sorte que la résine minérale est enduite également sur la seconde surface aiguilletée du tissu du complexe textile additionnel. 100391 Ainsi, un avantage procuré est de pouvoir prendre en sandwich la résine minérale par deux complexes textiles, ce qui peut être utile pour certains dispositifs de protection coupe-feu. [0040] L'invention a également pour objet un dispositif de protection coupe-feu, réalisé dans un matériau isolant thermique à haute température obtenu par un procédé conforme à l' invention. Brève description des dessins [0041] D'autres caractéristiques et avantages apparaîtront dans l'exposé détaillé de différents modes de réalisation de l'invention, l'exposé étant assorti d'exemples et de références aux dessins joints. [0042] [fig.1] Figures la et lb sont des vues schématiques en coupe, illustrant des étapes d'un procédé conforme à l'invention selon un premier mode de réalisation. [0043] [fig.2] Figures 2a et 2b sont des vues schématiques en coupe, illustrant des étapes d'un procédé conforme à l'invention selon un deuxième mode de réalisation. [0044] [fig.3] Figures 3a et 3b sont des vues schématiques en coupe, illustrant des étapes d'un procédé conforme à l'invention selon un troisième mode de réalisation. [0045] [fig.4] Figures 4a et 4b sont des vues schématiques en coupe, illustrant des étapes d'un procédé conforme à l'invention selon un quatrième mode de réalisation. [0046] [fig.5] Figure 5 est une vue schématique en coupe d'un isolant thermique à haute température obtenu par un premier mode dc mise en oeuvre d'un procédé selon l' invention. [0047] [fig.6] Figure 6 est une vue schématique en coupe d'un isolant thermique à haute température obtenu par un deuxième mode de mise en oeuvre d'un procédé selon l' invention. [0048] [fig.7] Figure 7 est une vue schématique en coupe d'un isolant thermique à haute température obtenu par un troisième mode de mise en oeuvre d'un procédé selon l' invention. [0049] [fig.8] Figure 8 est une vue schématique en coupe d'un isolant thermique à haute température obtenu par un quatrième mode de mise en oeuvre d'un procédé selon l' invention. [0050] [fig.9] Figure 9 est une vue schématique est une vue schématique en coupe d'un isolant thermique à haute température obtenu par un cinquième mode de mise en oeuvre d'un procédé selon l'invention. [0051] Les figures ne sont pas représentées à l'échelle pour en simplifier leur com- préhension. Exposé détaillé des modes de réalisation [0052] Les éléments identiques ou assurant la même fonction poileront les mêmes ré- 6 férences pour les différents modes de réalisation, par souci de simplification. [0053] Un objet de l'invention est un procédé de fabrication d'un isolant thermique à haute température, comportant les étapes : a) fournir un complexe textile 1, réfractaire jusqu'à une température de 1500°C, et présentant une conductivité thermique à 1000°C inférieure ou égale à 1 W.m-I.K-I, le complexe textile 1 comportant : - un tissu 2, comprenant des première et seconde surfaces 20, 21 opposées ; - une nappe 3 de fibres, s'étendant à la première surface 20 du tissu 2 ; la seconde surface 21 du tissu 2 étant aiguilletée de manière à solidariser le tissu 2 avec la nappe 3 de fibres ; b) enduire une résine minérale 4 sur la seconde surface 21 aiguilletée du tissu 2 ; c) sécher la résine minérale 4, la résine minérale 4 séchée étant réfractaire jusqu'à une température de 1500°C et présente une conductivité thermique à 1000°C inférieure ou égale à 1 W.m [0054] L'étape a) est notamment illustrée aux figures 1 a, 2a, 3a et 4a. L'étape b) est notamment illustrée aux figures 1h, 2b, 3b et 4b. [0055] Complexe textile [0056] Le complexe textile 1 fourni lors de l'étape a) présente avantageusement une conductivité thermique à 1000°C inférieure ou égale à 0,5 W.m '.K [0057] L'étape a) est avantageusement exécutée de sorte que le tissu 2 comporte des fibres de silice ou des fibres de verre. [0058] L'étape a) est avantageusement exécutée de sorte que la nappe 3 de fibres comporte des fibres minérales, de préférence choisies parmi des fibres de silice, des fibres de verre, des fibres de silicate alcalino-terreux. [0059] L'étape a) est avantageusement exécutée de sorte que la seconde surface 21 ai- guilletée du tissu 2 présente une densité comprise entre 10 coups par cm2 et 35 coups par cm2. [0060] Comme illustré aux figures 3a et 3b, le complexe textile 1 fourni lors de l'étape a) comporte avantageusement un tissu additionnel 2', comprenant des première et seconde surfaces 20', 21'opposées, la nappe 3 de fibres s'étendant à la première surface 20' du tissu additionnel 2, la seconde surface 21' du tissu additionnel 2' étant aiguilletée de manière à solidariser le tissu additionnel 2' avec la nappe 3 de fibres. [0061] Résine minérale [0062] Comme illustré aux figures 2b et 4b, l'étape b) est avantageusement exécutée de sorte que des renforts 40 sont imprégnés avec la résine minérale 4. L'étape b) est avantageusement exécutée de sorte que les renforts 40 sont des fibres, de préférence choisies parmi des fibres de verre, des fibres de silice, des fibres de basalte, des fibres de carbone. Les fibres formant les renforts 40 sont assemblées. Plus précisément, les 7 fibres formant les renforts 40 peuvent être tissées ou peuvent être assemblées en nappes de fibres non tissées (mats). [0063] L'étape b) est avantageusement exécutée de sorte que la résine minérale 4 et les renforts 40 forment un matériau stratifié. L'étape c) est avantageusement exécutée de sorte que le matériau stratifié séché présente une épaisseur comprise entre 5 mm et 10 mm. A titre d'exemple non limitatif, la stratification peut être réalisée par un moulage au contact ou par un moulage sous vide, techniques connues de l'homme du métier. Le moulage au contact est peu coûteux tandis que le moulage sous vide permet de réaliser plus aisément des formes complexes. [0064] La résine minérale 4 peut être enduite lors de l'étape h) à partir d'une solution aqueuse comportant : - un phosphate de métal, - un oxyde de bore, - de la wollastonitc. [0065] Selon une alternative, la résine minérale 4 enduite lors de l'étape h) est un géo- polymère, de préférence un géopolymère à base d'aluminosilicate. A titre d'exemple non limitatif, l'aluminosilicate peut être un métakaolin. Le géopolymère comporte un réactif alcalin, pouvant être un silicate de sodium ou un silicate de potassium. [0066] La résine minérale 4 enduite lors de l'étape b) comporte avantageusement des charges minérales, de préférence choisies parmi la pulite, la verrniculitc, l'argile expansée, l'alumine, le verre. Les charges minérales peuvent être réalisées sous la forme de granulats ou sous la forme de fibres non assemblées (i.e. disposées en vrac). [0067] Dispositif de protection coupe-feu [0068] Un objet de l'invention est un dispositif de protection coupe-feu, réalisé dans un matériau isolant thermique à haute température obtenu par un procédé conforme à l'invention. [0069] Selon un mode de mise en oeuvre illustré à la figure 8, le procédé comporte les étapes d) enduire une résine minérale additionnelle 4' sur la seconde surface 21' aiguilletée du tissu additionnel 2', e) sécher la résine minérale additionnelle 4', la résine minérale additionnelle 4' séchée étant réfractaire jusqu'à une température de 1500°C et présente une conductivité thermique à 1000°C inférieure ou égale à 1 W.m '.K [0070] Comme illustré à la figure 9, les étapes b) et d) peuvent être exécutées de sorte que des renforts 40 sont imprégnés avec la résine minérale 4 et la résine minérale additionnelle 4'. [0071] Selon un mode de mise en oeuvre illustré à la figure 5, le procédé comporte une étape a') consistant à fournir un complexe textile additionnel 5, réfractaire jusqu'à une tem- 8 pérature de 1500°C, et présentant une conductivité thermique à 1000°C inférieure ou égale à 1 W.m ,.K le complexe textile additionnel 5 comportant : - un tissu 6, comprenant des première et seconde surfaces 60, 61 opposées ; - une nappe 7 de fibres, s'étendant à la première surface 60 du tissu 6; la seconde surface 61 du tissu étant aiguilletée de manière à solidariser le tissu 6 avec la nappe 7 de fibres ; l'étape h) étant exécutée de sorte que la résine minérale 4 est enduite également sur la seconde surface 61 aiguilletée du tissu 6 du complexe textile additionnel 5. Le complexe textile additionnel 5 fourni lors de l'étape a') présente avantageusement une conductivité thermique à 1000°C inférieure ou égale à 0,5 W.m I.K [0072] Comme illustré à la figure 6, la nappe 7 de fibres du complexe textile additionnel 5 peut être revêtue d'un tissu additionnel 6' afin de la protéger. Comme illustré à la figure 7, l'étape b) peut être exécutée de sorte que des renforts 40 sont imprégnés avec la résine minérale 4. [0073] L'invention ne se limite pas aux modes de réalisation exposés. L'homme du métier est mis à même de considérer leurs combinaisons techniquement opérantes, et de leur substituer des équivalents. 9 REVENDICATIONS[Revendication 1] Procédé de fabrication d'un isolant thermique à haute température, comportant les étapes : a) fournir un complexe textile (1), réfractaire jusqu'à une température de 1500°C, et présentant une conductivité thermique à 1000°C inférieure ou égale à 1 Win '.K ', le complexe textile (1) comportant : - un tissu (2), comprenant des première et seconde surfaces (20, 21) opposées ; - une nappe (3) de fibres, s'étendant à la première surface (20) du tissu (2) ; la seconde surface (21) du tissu (2) étant aiguilletée de manière à solidariser le tissu (2) avec la nappe (3) de fibres ; b) enduire une résine minérale (4) sur la seconde surface (21) aiguilletée du tissu (2) ; c) sécher la résine minérale (4), la résine minérale (4) séchée étant réfractaire jusqu'à une température de 1500°C et présente une conductivité thermique à 1000°C inférieure ou égale à 1 W.m '.K [Revendication 2] Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape b) est exécutée de sorte que des renforts (40) sont imprégnés avec la résine minérale (4). [Revendication 3] Procédé selon la revendication 2, dans lequel l'étape b) est exécutée de sorte que la résine minérale (4) et les renforts (40) forment un matériau stratifié. [Revendication 4] Procédé selon la revendication 3, dans lequel l'étape c) est exécutée de sorte que le matériau stratifié séché présente une épaisseur comprise entre 5 mm et 10 mm [Revendication 5] Procédé selon l'une des revendications 2 à 4, dans lequel l'étape b) est exécutée de sorte que les renforts (40) sont des fibres, de préférence choisies parmi des fibres de verre, des fibres de silice, des fibres de basalte, des fibres de carbone. [Revendication 6] Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel la résine minérale (4) est enduite lors de l'étape b) à partir d'une solution aqueuse comportant : - un phosphate de métal, - un oxyde de bore, - de la wollastonite. [Revendication 7] Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel la résine minérale (4) enduite lors de l'étape b) est un géopolymère, de préférence un géopolymère à base d'aluminosilicate. 10 [Revendication 8] [Revendication 9] [Revendication 10] [Revendication 11] [Revendication 12] [Revendication 13] [Revendication 14] Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel la résine minérale (4) enduite lors de l'étape comporte des charges minérales, de préférence choisies parmi la perlitc, la vermiculite, l'argile expansée, l'alumine, le verre. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel l'étape a) est exécutée de sorte que le tissu (2) comporte des fibres de silice ou des fibres de verre. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel l'étape a) est exécutée de sorte que la nappe (3) de fibres comporte des fibres minérales, de préférence choisies parmi des fibres de silice, des fibres de verre, des fibres de silicate alcalino-terreux. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel l'étape a) est exécutée de sorte que la seconde surface (21) aiguilletée du tissu (2) présente une densité comprise entre 10 coups par cm2 et 35 coups par cm2. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, dans lequel le complexe textile (1) fourni lors de l'étape a) comporte un tissu additionnel (2'), comprenant des première et seconde surfaces (20', 21') opposées, la nappe (3) de fibres s'étendant à la première surface(20') du tissu additionnel (2'), la seconde surface (21') du tissu additionnel (2') étant aiguilletée de manière à solidariser le tissu additionnel (2') avec la nappe (3) de fibres. Procédé selon la revendication 12, comportant les étapes : d) enduire une résine minérale additionnelle (4') sur la seconde surface (21') aiguilletée du tissu additionnel (2'), e) sécher la résine minérale additionnelle (4'), la résine minérale additionnelle (4') séchée étant réfractaire jusqu'à une température de 1500°C et présente une conductivité thermique à 1000°C inférieure ou égale à 1 W.m '.K Procédé selon l'une des revendications 1 à 12, comportant une étape a') consistant à fournir un complexe textile additionnel (5), réfractaire jusqu'à une température de 1500°C, et présentant une conductivité thermique à 1000°C inférieure ou égale à 1 W.m le complexe textile additionnel (5) comportant : - un tissu (6), comprenant des première et seconde surfaces (60, 61) opposées ; - une nappe (7) de fibres, s'étendant à la première surface (60) du tissu (6) ; la seconde surface (61) du tissu (6) étant aiguilletée de manière à 11 [Revendication 15] solidariser le tissu (6) avec la nappe (7) de fibres ; l'étape b) étant exécutée de sorte que la résine minérale (4) est enduite également sur la seconde surface (61) aiguilletée du tissu (6) du complexe textile additionnel (5). Dispositif de protection coupe-feu, réalisé dans un matériau isolant thermique à haute température obtenu par un procédé selon l'une des revendications 1 à 14.