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PROOEDE DE TRAITEMENT DE FIBRES MINERALES, NOTAMMENT DE FIBRES DE VERRE OU ANALOGUES, RASSEMBLEES EN NAPPES, MATELAS OU AUTRES FORMES DE PRODUITS FIBREUX.
La présente invention, a pour objet un procédé de traitement de fibres minérales, que l'on rassemble en nappes, matelas ou autres formes de produits fibreux, et plus spécialement de fibres de verre, de laine de laitier ou analogues, fibres qui sont imprégnées par un liant pour former des nappes très légères, résistantes, de forme et dimensions fixes tout en étant élastiques, et conservant leurs propriétés malgré des variations de températu- re.
L'invention se rapporte plus particulièrement à l'application de liants aux nappes de fibres de verre ou semblables destinées à servir d'isolants pour la ohaleur et pour le son ; elle permet de n'utiliser qu'une quantité minimum de liant dans la fabrica- tion de ces corps isolants.
Il a jusqu'ici été proposé et utilisé de nombreux liants pour agglutiner entre elles des fibres minérales sous forme de nappes.
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Le plus généralement, on a essayé des matières telles que asphalte, gypse, amidon, résine, huile de lin, colle, silicate de sodium, brai ou analogue. Ces liants sont généralement solubles dans l'eau ou plastiques à chaud. S'ils sont solubles dans l'eau, ils ne peuvent donner des résultats satisfaisants lorsqu'ils sont soumis à l'action de l'humidité. S'ils sont plastiques à chaud, ils donnent des résultats non satisfaisants lorsqu'ils sont soumis à certaines conditions de température. Divers autres inconvénients ont accompagné l'utilisation de ces matières; par exemple, la résine est sujette à s'oxyder et à devenir fragile, même au bout d'une courte période d'utilisation de la nappe de fibres; le silicate de sodium attaque la matière fibreuse, en particulier si elle comporte un constituant alcalin.
On a trouvé, selon la présente invention, que l'on peut obtenir une nappe de fibres possédant des propriétés notablement supérieures, en utilisant pour l'imprégnation une certaine proportion, notamment très faible, d'un agent de durcissement faisant prise à chaud, en particulier d'un produit de condensation, ce produit de condensation pouvant être,et étant de préférence ajouté à un enduit huileux, tel qu'une huile, matière grasse ou une émulsion huileuse dont on se sert pour enduire les fibres de verre ou analogues.
Comme produits de condensation faisant prise à chaud, on peut mettre en oeuvre par exemple des produits de condensation de phénol et formaldéhyde, d'urée et de formaldéhyde, des résines alcoylées ou diverses variantes de matières synthétiques de ce genre, qui peuvent être fabriquées sous la forme de résines ou autres matières se trouvant initialement à l'état liquide et amenées finalement à prendre la forme de masses dures résistan- tes et solides. Pour des usages ordinaires, il a été constaté que la bakélite, initialement à l'état de matière soluble dans l'eau, donne des résultats très satisfaisants pour son applica tion suivant l'invention.
Une petite proportion de l'agent de durcissement faisant prise à chaud peut avantageusement être ajoutée à l'huile
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d'ensimage ou mélange lubrifiant et être appliquée directement sur les fibres soumises à l'action du courant gazeux soufflé. Toutefois de préférence, on prépare d'abord une émulsion avec de l'eau et on pulvérise ensuite cette émulsion sur les fibres de verre à mesure qu'elles se rassemblent pour former une nappe ou un feutre sur un transporteur ou analogue.
On peut mettre en jeu diverses proportions de matières suivant les cas, mais le plus souvent il suffit, pour des applications usuelles, d'une très faible proportion, d'environ 1/2% à 1 1/4 % seulement pour la bakélite par exemple, par unité de poids de fibres de verre.
Lorsqu'on utilise de faibles proportions d'environ 1/2 à 3/4% de l'agent en question, la nappe possède une résistance et une élasticité notablement accrues et un certain durcissement, mais n'est pas rigide ou raide. Pour des proportions plus grandes, la nappe prend une forme semi-rigide, et pour des proportions encore plus élevées, on atteint un degré notable de rigidité et de résistance. La nappe est encore élastique et tenace et peut supporter des efforts considérables de flexion ou de compression sans perdre ses propriétés.
La nappe achevée peut par suite comporter environ 1/2 à 2 1/2 % d'agent de durcissement faisant prise à chaud, une proportion sensiblement égale d'acide gras, en général environ 1 %, agissant comme émulsifiant, si on le désire, et une proportion convenable d'huile, telle que de l'huile de pétrole ou analogue, dans des proportions d'environ 2 % par exemple. Du savon métallique, des cires, graisses ou analogues peuvent également, si on le désire, être ajoutés pour accroitre l'imperméabilité de la nappe à l'eau.
On peut également ajouter de la bentonite ou analogue, comme émulsifiant, ainsi que pour accroitre les propriétés calorifuges de la nappe.
Le mode opératoire pour l'application de l'émulsion ou mélan- ge d'enduit huileux et de liant peut être semblable à l'un quelcon- que de ceux actuellement utilisés. Il est ordinairement préférable
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de pulvériser le mélange sur les fibres à mesure qu'elles se rassemblent sous forme de nappe, se déplaçant elle-même de façon continue au fur et à mesure de sa formation. Il y a intérêt à effectuer cette opération au-dessus de la zone des dépôts des fibres, pour régler le dépôt, et, de préférence, à chauffer à un degré suffisant pour évaporer la phase aqueuse de l'émulsion, en laissant le lubrifiant et le liant ou agent de durcissement répartis sur les fibres.
Après enlèvement des fibres de la zone de dépôt, il y a intérêt à soumettre le liant à un traitement thermique et à produire sa polymérisation et sa prise finale, en communiquant ainsi à la nappe un durcissement accru et un degré conve= nablement réglé de rigidité et d'élasticité. On peut effectuer ce chauffage par l'un quelcon que des procédés habituels, par exemple en faisant passer la nappe imprégnée entre des rouleaux ou entre des bandes-chenilles, à travers lesquelles passe continuellement de l'air chaud ou analogue, ayant pour effet de chauffer à un degré suffisant le liant faisant prise à chaud pour le polymériser.
La bande-chenille maintiendra également la nappe à des dimensions fixes déterminées d'avance lors du durcissement du liant.
Il est également possible et dans certains cas désirable, pour calorifuger des panneaux fermés, tels que des panneaux pour frigorifiques, foyers ou analogues, de mettre la nappe en place à l'état lâche, avant polymérisation de l'agent de durcissement, et, après qu'elle a été insérée dans la cavité du panneau, de chauffer cette nappe pour faire faire prise au liant en place.
La raison pour laquelle une proportion aussi faible de liant, par exemple une prpportion inférieure ou égale à 1% environ en poids de la nappe de fibres, permet d'obtenir un accroissement aussi frappant de la résistance et de la rigidité de la nappe, n'est pas complètement connue, mais le phénomène parait pourvoir s'expliquer de la façon suivante: D'après des observations au microscope, il a été constaté qu'en un grand nombre d'endroits d'intersections de fibres, l'agent de durcissement arrive à s'agglutiner en très petites quantités et recouvrait les
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intersections avec des surfaces concaves rondes et lisses, de manière semblable à une bandelette, en communiquant ainsi une résistance élevée de texture pour une quantité minimum de l'agent de durcissement.
Il est possible que la matière faisant prise à chaud, se trouvant initialement à l'état liquide, possède un pouvoir mouillant élevé, et se répartisse d'elle-même de cette manière à l'endroit des intersections de fibres. Lorsqu'elle est durcie, elle tend à conserver cette forme et prend ainsi un contour adapté aux fibres adjacentes. La faible quantité de liant entrant en jeu évite cependant que la rigidité atteigne un degré donnant de la fragilité, et permet au produit de conserver un certain'degré de flexibilité et d'élasticité sous l'action d'efforts.
Il est également possible que le lubrifiant huileux forme un enduit uniforme et homogène sur les fibres individuelles, et qu'une résine, faisant prise à chaud, agisse indépendamment comme liant ou agent de résistance. Toutefois, le lubrifiant réparti sur les fibres produirait un degré suffisant d'élasticité pour conférer à la nappe un haut degré de souplesse et de résistance sans provoquer une rigidité et une fragilité excessives des fibres indivi- duelles.
L'invention permet d'obtenir des nappes de fibres imprégnées qui ont l'avantage de posséder les propriétés mentionnées ci-dessus de résistance, d'élasticité et de stabilité de forme et dimensions, en même temps que des densités très faibles, d'environ 16 kg. par mètre cube, pouvant d'ailleurs aller jusqu'à une valeur quelconque, telle que par exemple 56 ou 144 kg. par mètre cube, suivant les applications particulières auxquelles la nappe doit servir.
Ordinairement, pour une matière isolante destinée à des usages domestiques, il y a intérêt à n'avoir qu'une faible densité d'en- viron 24 kg. par mètre cube. Une telle nappe peut avoir une rigidité de texture suffisante pour pouvoir être manipulée, montée en place sans armatures ou éléments de renforcement, tels que noyaux en carton, enveloppes extérieures en papier, ou points de couture.
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Pour atteindre de meilleures qualités calorifuges désirables pour l'application de ces nappes de fibres dans des frigorifiques, des foyers, des dispositifs de refroidissement pour bouteilles et analogues, il y a intérêt dans bien des cas à avoir une densité d'environ 56 kg. par mètre cube. Des densités plus élevées, de 80 à 112 kg. par mètre cube, sont préférables pour des panneaux ou feuilles de matière calorifuge pour chaudières, fours industriels ou analogues.
Les nappes obtenues, tout en étant lâches, sont suffisamment élastiques et flexibles pour pouvoir remplir toute l'étendue de panneaux calorifuges et pouvoir être durcies à une forme permanente après leur mise en place dans les espaces vides qui les reçoivent. Ceci permet de monter une matière isolante, résistant aux vibrations, dans un panneau, qui peut présenter une forme ou un contour irrégulier, et de la distribuer cependant de telle manière qu'elle remplisse tout l'espace vide dans ce panneau.
La présente invention convient particulièrement pour l'isolement de véhicules de chemin de fer, où il est intéressant d'avoir la densité la plus faible possible combinée à une résistance de texture élevée, capable de résister aux secousses et vibrations inhérentes à l'utilisation sur des véhicules de chemin de fer.
Une nappe suivant l'invention, même d'une densité de l'ordre de
24 kg. par mètre cube, possède une résistance de texture suffi- sante que pour pouvoir être montée à l'intérieur des panneaux des parois de véhicules de chemin de fer sans risquer de se tasser ou de se briser graduellement sous l'effet des vibrations du roulement.
L'invention n'est évidemment pas limitée aux réalisations et applications plus spécialement définies, mais englobe au contrai- re les modifications, les variantes et les autres applications.
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PROCESSING PROCESS OF MINERAL FIBERS, ESPECIALLY GLASS OR SIMILAR FIBERS, GATHERED INTO TABLECLOTHS, MATTRESSES OR OTHER FORMS OF FIBROUS PRODUCTS.
The present invention relates to a process for treating mineral fibers, which are brought together in sheets, mattresses or other forms of fibrous products, and more especially of glass fibers, slag wool or the like, fibers which are impregnated. by a binder to form very light, strong webs of fixed shape and dimensions while being elastic, and retaining their properties despite variations in temperature.
The invention relates more particularly to the application of binders to webs of glass fibers or the like intended to serve as insulators for the heat and for the sound; it enables only a minimum quantity of binder to be used in the manufacture of these insulating bodies.
Until now, numerous binders have been proposed and used to agglutinate mineral fibers together in the form of sheets.
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Most generally, materials such as asphalt, gypsum, starch, resin, linseed oil, glue, sodium silicate, pitch or the like have been tried. These binders are generally soluble in water or hot plastics. If they are soluble in water, they cannot give satisfactory results when subjected to the action of humidity. If they are hot plastic, they give unsatisfactory results when subjected to certain temperature conditions. Various other disadvantages have accompanied the use of these materials; for example, the resin is prone to oxidize and become brittle even after a short period of use of the fiber web; the sodium silicate attacks the fibrous material, in particular if it contains an alkaline component.
It has been found, according to the present invention, that it is possible to obtain a web of fibers having notably superior properties, by using for the impregnation a certain proportion, in particular very small, of a curing agent which sets hot, in particular of a condensation product, this condensation product possibly being, and preferably being added to an oily coating, such as an oil, fat or an oily emulsion which is used to coat glass fibers or the like .
As hot-setting condensation products, for example, condensation products of phenol and formaldehyde, urea and formaldehyde, alkyl resins or various variants of such plastics, which can be produced under in the form of resins or other materials which are initially in the liquid state and are eventually made to assume the form of hard, strong and solid masses. For ordinary uses, it has been found that bakelite, initially in the form of a water-soluble material, gives very satisfactory results for its application according to the invention.
A small proportion of the hot setting curing agent can advantageously be added to the oil.
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sizing or lubricating mixture and be applied directly to the fibers subjected to the action of the blown gas current. Preferably, however, an emulsion is first prepared with water and this emulsion is then sprayed onto the glass fibers as they come together to form a web or felt on a conveyor or the like.
Various proportions of materials can be brought into play depending on the case, but most often it suffices, for usual applications, a very small proportion, from about 1/2% to 1 1/4% only for bakelite by example, per unit weight of glass fibers.
When small amounts of about 1/2 to 3/4% of the agent in question are used, the web has significantly increased strength and elasticity and some hardening, but is not stiff or stiff. For larger proportions, the web takes a semi-rigid form, and for even higher proportions, a significant degree of rigidity and strength is achieved. The web is still elastic and tenacious and can withstand considerable bending or compression forces without losing its properties.
The completed web may therefore have about 1/2 to 2 1/2% heat setting curing agent, a substantially equal proportion of fatty acid, generally about 1%, acting as an emulsifier, if desired. , and a suitable proportion of oil, such as petroleum oil or the like, in amounts of about 2% for example. Metallic soap, waxes, greases or the like can also, if desired, be added to increase the impermeability of the web to water.
Bentonite or the like can also be added as an emulsifier, as well as to increase the heat insulating properties of the web.
The procedure for applying the emulsion or mixture of oily coating and binder may be similar to any of those currently in use. It is usually preferable
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to spray the mixture onto the fibers as they come together as a web, moving itself continuously as it is formed. It is advantageous to carry out this operation above the zone of the deposits of the fibers, to regulate the deposit, and, preferably, to heat to a sufficient degree to evaporate the aqueous phase of the emulsion, leaving the lubricant and the binder or curing agent distributed over the fibers.
After the fibers have been removed from the deposition zone, it is desirable to heat the binder and produce its polymerization and final setting, thereby imparting to the web increased hardening and an appropriately controlled degree of stiffness. and elasticity. This heating can be effected by any of the usual methods, for example by passing the impregnated web between rollers or between caterpillars, through which hot air or the like continuously passes, having the effect of heat the binder to a sufficient degree making it hot to polymerize it.
The caterpillar belt will also hold the web at fixed predetermined dimensions as the binder cures.
It is also possible and in some cases desirable, to insulate closed panels, such as panels for refrigerators, fireplaces or the like, to put the web in place in the loose state, before polymerization of the curing agent, and, after it has been inserted into the panel cavity, heating this web to set the binder in place.
The reason why such a low proportion of binder, for example a proportion less than or equal to about 1% by weight of the web of fibers, makes it possible to obtain such a striking increase in the strength and rigidity of the web, n 'is not completely known, but the phenomenon seems to be able to be explained as follows: According to observations under the microscope, it has been observed that in a large number of places of fiber intersections, the agent of hardening occurs in very small amounts and covered the
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intersections with round, smooth concave surfaces, in a strip-like fashion, thereby imparting high textural strength for a minimum amount of curing agent.
It is possible that the hot setting material, initially in the liquid state, has a high wetting power, and distributes itself in this way at the location of the fiber intersections. When it is cured, it tends to retain this shape and thus assumes a contour adapted to the adjacent fibers. The small amount of binder involved, however, prevents the rigidity from reaching a degree giving brittleness, and allows the product to retain a certain degree of flexibility and elasticity under the action of forces.
It is also possible that the oily lubricant forms a uniform and homogeneous coating on the individual fibers, and that a hot-setting resin acts independently as a binder or strength agent. However, the lubricant distributed over the fibers would produce a sufficient degree of elasticity to impart a high degree of flexibility and strength to the web without causing excessive stiffness and brittleness of the individual fibers.
The invention makes it possible to obtain sheets of impregnated fibers which have the advantage of having the above-mentioned properties of strength, elasticity and stability of shape and dimensions, at the same time as very low densities, of about 16 kg. per cubic meter, which can also go up to any value, such as for example 56 or 144 kg. per cubic meter, depending on the particular applications for which the web is to be used.
Usually, for an insulating material intended for household uses, it is desirable to have only a low density of about 24 kg. per cubic meter. Such a web may have sufficient texture rigidity to be able to be handled, mounted in place without reinforcements or reinforcing elements, such as cardboard cores, outer paper envelopes, or stitches.
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To achieve better heat insulating qualities desirable for the application of these fiber webs in refrigerators, fireplaces, bottle coolers and the like, it is in many cases beneficial to have a density of about 56 kg. per cubic meter. Higher densities, from 80 to 112 kg. per cubic meter, are preferable for panels or sheets of heat insulating material for boilers, industrial furnaces or the like.
The webs obtained, while being loose, are sufficiently elastic and flexible to be able to fill the entire extent of heat-insulating panels and to be able to be cured to a permanent form after being placed in the empty spaces which receive them. This enables a vibration resistant insulating material to be mounted in a panel, which may have an irregular shape or contour, and yet to be distributed in such a way that it fills all the empty space in that panel.
The present invention is particularly suitable for the isolation of railway vehicles, where it is advantageous to have the lowest possible density combined with a high texture resistance, capable of withstanding the jolts and vibrations inherent in use on railway vehicles.
A web according to the invention, even with a density of the order of
24 kg. per cubic meter, has a sufficient texture resistance to be able to be mounted inside the panels of the walls of railway vehicles without the risk of gradually settling or breaking under the effect of the vibrations of the bearing.
The invention is obviously not limited to the embodiments and applications more specifically defined, but on the contrary encompasses modifications, variants and other applications.