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Perfectionnements aux procédés de fabrication de corps légers, résistant à la chaleur.
La présente invention se rapporte à des perfectionnements aux procédés de fabrication de corps'légère, résistant à la chaleur, possédant un pourcentage élevé de vides ou interstices et susceptibles d'emploi dans les constructions pour l'isolation calorifique et acoustique, et elle se rapporte plus particulièrement aux procédés de fabrication de produits isolants réfractaires du genre précité dans lesquels on aug-
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mente considérablement le volume d'une masse fluide solidifiable en y incorporant, avant la prise et la cuisson, de 1*air ou bien des vides ou bulles remplis de gaz.
Les procédés de formation de vides ou de bulles dans une masse fluide solidifiable appliqués ou proposés jusqu'à présent pour les procédés de fabrication du genre précité peuvent être classés de la façon suivante :
I. La dispersion d'un jet d'air dans la masse;
2. L'agitation mécanique d'une masse contenant des ingrédients mucilagineux, pour maintenir des bulles d'air emprisonnées et isolées de l'atmosphère environnante;
3. L'inclusion, dans la masse, de matières produisant, lorsqu'elles sont humides, une réaction chimique en vue d'engendrer des bulles de gaz et
4. La formation préalable d'une mousse stable et tenace qu'on mélange séparément dans la masse.
Les trois premiers procédés exigent de la masse fluide solidifiable une consistance suffisamment épaisse, c'est-àdire une viscosité élevée, pour qu'alle retienne mécaniquement les bulles formées, jusqu'à ce que la masse soit moulée et ait fait prise..
De telles masses fluides solidifiables n'ont pas la ca- ractéristique de former de la mousse; en d'autres termes, elles ne sont pas capables, lorsque leur viscosité est faible et lorsqu'on les soumet à une agitation mécanique convenable, de former une structure, stable dans les conditions atmosphériques et contenant des vides ou des bulles fortement dispersés. Tous les procédés précités donnent des produits finaux sensiblement similaires, bien que le procédé à la mousse formée préalablement soit supérieur pour l'uniformité de la dispersion, le nombre de bulles produites et la possibilité de régler leurs dimensions.
Du point de vue industriel, ces avantages de la mousse formée préalablement s'effacent néan-
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moins devant le nombre moins grand de stades opératoirep qui
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entraine des économies de main d'oeuvre et de mac-chines, dans les autres procédés de formation de bulles.
On n'a trouvé aucun moyen de fabrication industrielle d'un produit isolant réfractaire satisfaisant, de la nature décrite plus haut, par agitation mécanique d'une masse fluide solidifiable, de consistance épaisse, contenant un agent pro-. ducteur de mousse tel que le savon, le bois de Panama, la saponine, les huiles de flottation ou les sulfonates d'acides gras, bien que ces agents donnent des résultats très satisfaisants lorsqu'on les emploie dans un procédé à formation préalable de mousse.
Ces agents ont une faculté limitée de former de la mousse en présence d'un mélange de matériaux solides, tels que ceux nécessaires pour des produits finaux du genre précité, du fait qu'ils contiennent généralement du plâtre calciné ou d'autres matières calciques, parce que ces matières tendent à former des sels de calcium insolubles avec les acides gras contenus dans ces agents. On a constaté aussi que la plupart de ces agents de formation de mousse ont un effet défavorable sur l'action de l'agent provoquant la prise de la masse, d'où il résulte un affaiblissement du produitfinal.
Le but général de la présente invention est de fournir un procédé perfectionné de fabrication de corps réfractaires et isolants légers du type décrit, ce procédé étant propre à la production à l'échelle industrielle, à bas prix, et permettant de transformer en mousse, en une seule opération, une masse fluide solidifiable contenant tous les matériaux nécessaires pour le produit final désiré.
Les meilleurs résultats sont obtenus, conformément à la présente invention, en employant en combinaison les caractéristiques suivantes:
Premièrement, au lieu de dépendre d'une masse fluide solidifiable, de viscosité relativement élevée et sans pouvoir de formation de mousse, ou au lieu de former préalablement
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une mousse tenace et stable et de la mélanger ensuite avec une masse fluide solidifiable, on emploie une masse fluide solidifiable de faible viscosité et propre à former de la mousse.
L'expression "faible viscosité" vise ici les viscosités qui ne permettent pas la rétention de bulles dans la masse dans le cas où l'un quelconque des trois procédés précités serait appliqué. Lorsque la masse possède ces viscosités, on peut la qualifier plus correctement de "liquide" que simplement de "fluide" ou de .susceptible de couler". Lorsqu'on emploie ces fluides solidifiables, à basse viscosité, caractérisés par un pourcentage très élevé d'eau dans le mélange, on peut obtenir des produits finaux contenant un pourcentage plus élevé de vides, en raison de la plus grande dispersion des particules solides dans une masse à faible viscosité, ce qui donne des produits d'un poids moindre.
Secondement, au lieu d'employer, comme agent producteur de mousse, le savon, la saponine, les huiles de flottation, des sulfonates d'acides gras ou des corps analogues, la demanderesse emploie un produit chimique synthétique à surface active, qui n'est pas du savon, qui provoque un mouillage rapide de part en part des particules solides contenues dans le mélange, qui abaisse rapidement la tension superficielle du liquide, qui est entièrement stable en présence de composés alcalins tels que la chaux ou l'hydroxyde de calcium, qui ne peut donc pas empêcher la formation de mousse ni la prise subséquente du liant hydraulique et qui produit aussi pour former la bulle une paroi ou pellicule considérablement plus résistante que celles formées avec les agents producteurs de mousse employés jusqu'à présent.
Avec un tel agent de production de mousse, on peut dire que la masse fluide solidifiable possède les propriétés de production de mousse précitées. La catégorie de produits chimiques synthétiques, à surface active, constituée par les alcools gras sulfonés, et plus particulièrement par ceux formant des esters alcoyliques de.)
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l'acide sulfurique répondant à la formule cnH2+1 OSO2ONa sous des formes physiques diverses et à des concentrations différentes, constituent des agents de formation de mousse très convenables dans les conditions de fluidité et d'agitation pratiquées. Ces produits chimiques synthétiques à surface active sont disponibles à l'état de sels alcalins secs des alcools gras sulfonés.
Le sel sodique sec de l'alcool laurylique sulfaté est un agent de formation de mousse extrêmement efficace dans les conditions de travailconsisér0se. On emploie l'agent de formation de mousse choisi, de préférence à l'état sec, mélangé au matériau sec, mais on peut l'y incorporer d'autres façons.
En troisième lieu on applique un genre d'agitation mécanique à vitesse relativ ement élevée de la masse fluide, solidifiable, de faible viscosité, ce qui a pour résultat une formation rapide de bulles tenaces, très fines et stables. Des mélangears à grand débit et à grande vitesse, pourvus d'agitateurs à pales minces, tels que ceux qu'on emploie pour la production industrielle de la mayonnaise, de la pite de guimauve, etc., conviennent pour cette opération.
Lorsqu'on désire un produit final léger tel que des briques isolantes dont le poids après cuisson est inférieur à une livre anglaise par 101 pouces cubes (dimension courante des briques réfractaires), on peut mélanger l'eau et les matériaux secs, soit en ajoutant ces matériaux secs à l'eau, soit en ajoutant l'eau aux matériaux, pourvu que la grande fluidité désirée soit atteinte et qu'une agitation uniforme à grande vitesse soit réalisée.Mais il est préférable que les matériaux secs soient ajoutés à l'eau en vue d'une dispersion plus rapide et plus uniforme des particules solides dans l'eau qu'on peut réaliser ainsi, tout en maintenant une agitation rapide et uniforme.
Le temps total nécessaire pour mélanger les charges industrielles usuelles, pour agiter ces mélanges dans la chambre de mélange et pour soutirer dans des moules la matière à l'état de mousse est inférieur à une minute. Les opérations de mélange et d pro-
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duction de mousse décrites sont applicables aussi à un travail continu.
Lorsqu'on désire un produit final plus lourd et plus résistant qui exige une proportion de matériaux secs par rapport à l'eau telle qu'elle réduirait sensiblement la propriété de la masse d'être mousseuse, il est préférable de réduire considérablement la vitesse d'agitation pendant la dernière période d'agitation, alors que la fluidité est la plus faible, afin de réduire au minimum l'échappement des bulles du mélange et d'éviter ainsi l'abaissement du pourcentage de vides dans la masse.
Toutefois, il estdésirable, avec tous les types de mélange de produire une "cavitation" à la surface de la masse au commencement de la production de mousse et, à cet effet, on dispose les multiples pales de l'agitateur, par rapport à la surface de la masse, de telle façon qu'elles soient dé. placées d'une manière répétée à partir de l'air vers la masse et qu'elles entrainent vers le bas dans cette masse, de petites quantitées d'air divisées ensuite en bulles plus petites.
Il est généralement désirable que les pales des agitateurs soient imergées complètement pendant la dernière partie de la période d'agitation. En aucun cas, on ne prolonge l'agitation pendant une période plus longue que celle qui permet au mélange d'être mulé avant qu'il fasse prise.
On a exécuté conformément à l'invention une brique perfectionnée légère, isolante et réfractaire convenant à des températures s'élevant jusqu'à 2000 F. et ayant une grande résistance aux charges, en mélangeant d'abord les ingrédients, à l'état sec, dans les proportions suivantes:
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<tb>
<tb> Kaolin <SEP> brut <SEP> de <SEP> Géorgie. <SEP> 50 <SEP> % <SEP> en <SEP> poids
<tb> Plâtre <SEP> de <SEP> Paris <SEP> 30 <SEP> le,** <SEP> en <SEP> poids
<tb> Débris <SEP> ou <SEP> mouture <SEP> de <SEP> briques <SEP> cuites <SEP> préalablement, <SEP> de <SEP> même <SEP> nature
<tb> en <SEP> grains <SEP> passant <SEP> par <SEP> un <SEP> tamis <SEP> de
<tb> 35 <SEP> mailles <SEP> au <SEP> pouce <SEP> linéaire <SEP> 20 <SEP> % <SEP> en <SEP> poids
<tb> Sulfonate <SEP> d'alcool <SEP> laurylique <SEP> 0,1 <SEP> % <SEP> en <SEP> poids
<tb>
On a mélangé cet ensemble de substances sèches svec de
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l'eau dans le rapport de 10 parties en poids d'eau pour 12 par: ties en poids de substances sèches.
Puis, on a agité mécaniquement la masse fluide pendant des périodes de trente secondes à trois minutes, jusqu'à ce que cette masse fut remplie de bulles au point que dans les produits cuits, on a constaté une porosité de 80 à 90 % en volume.Avant qu'il ne fasse prise, on a coulé le mélange dans des moules qu'on a vidés dès que la matière avait fait prise et était suffisamment dure pour qu'on pût la manipuler. Les pièces moulées contenant encore sensiblement toute l'eau présente après l'opération de moulage ont été cuites ensuite dans un four approprié. On a porté en 1,3 heure, les briques à une température de 2200 F., et on les a maintenues à cette température pendant 1,5 heure. Le four a fonctionné entièrement avec une atmosphère oxydante.
Le poids des briques produites variait de 1 à 1,5 livre anglaise pour les dimensions normales, et la conductibilité calorifique était d'environ le sixième de celles des briques réfractaires de première qualité.
On a produit une brique isolante à propriétés sensiblement similaires en appliquant la formule suivante:
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<tb>
<tb> Kaolin <SEP> brut <SEP> de <SEP> Géorgie <SEP> 53,3 <SEP> % <SEP> en <SEP> poids
<tb> Plâtre <SEP> de <SEP> Paris <SEP> 33,4 <SEP> % <SEP> " <SEP> "
<tb> Débris <SEP> ou <SEP> mouture <SEP> de <SEP> briques <SEP> cuites
<tb> préalablement, <SEP> de <SEP> même <SEP> nature, <SEP> en
<tb> grains <SEP> passant <SEP> par <SEP> un <SEP> tamis <SEP> de <SEP> 35
<tb> mailles <SEP> au <SEP> pouce <SEP> linéaire <SEP> 9,2 <SEP> % <SEP> " <SEP> "
<tb> Sciure <SEP> de <SEP> bois <SEP> de <SEP> pin <SEP> (tamis <SEP> de
<tb> 8 <SEP> mailles <SEP> au <SEP> pouce <SEP> linéaire) <SEP> 4,1 <SEP> % <SEP> " <SEP> "
<tb> Sulfonate <SEP> d'alcool <SEP> laurylique <SEP> 0,
1 <SEP> % <SEP> " <SEP> "
<tb>
Cette formule se distingue de la précédente par l'addi= tion de sciure de bois de pin qui permet l'application d'un cycle de cuisson plus rapide.
On a produit des briques isolantes possédant des propriétés similaires en ajoutant un supplément de 20 % de kaolin de Géorgie au lieu des débris employée dans la première formule. On peut employer, au lieu du kaolin, d'autres matié-
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res réfractaires telles que la magnésite, la chromite ou la zircone. Dans toutes ces briques, les vides étaient en grande majorité très fins, pratiquement dispersés d'une f açon uniforme, et ils présentaient généralement la forme globulaire.
Ces vides sont, dans le produit fini, entourés d'un réseau de cloisons dures "foraminées" de la matière solide qui supporte la structure tout en la rendant perméable dans une faible mesure et apte par conséquent à l'isolation acoustique aussi bien qu'à l'isolation calorifique. Dans tous les cas décrits plus haut, la brique est cuite à une température convenable et pendant un temps de durée suffisante pour que le kaolin et l'agent qui provàque la prise puissent constituer une liaison céramique convenable.
Pour la mise en oeuvre des procédés décrits plus haut, il y a avantage à employer de l'eau à des températures assez élevées, c'est-a-dire de 100 à 1800 F., parce que, dans de telles combinaisons d'ingrédients, l'emploi d'eau chaude permet d'employer de plus petites quantités de l'agent engendrant la mousse que lorsqu'on recourt à de l'eau ayant moins que 1000 F. Il en résulte qu'avec la même quantité de cet agent employé avec de l'eau chaude le volume du mélange peut être augmenté de plus de 25 % en moins de temps.
Les produits faits suivant la présente invention peuvent être cellulaires, perméables, fibreux, réfractaires, mauvais conducteurs de la chaleur ou avoir une structure plus résistante, ou bien encore ils peuvent présenter plus d'une de ces caractéristiques. Lorsque le produit est à la fois perméable et cellulaire par exemple, il est particulièrement utile comme isolateur acoustique très efficace.