<Desc/Clms Page number 1>
"Composition poreuse perfectionnée et procédé de fabri- cation de celle-ci".
La présente invention est relative à une composi- tion poreuse de matière pouvant servir de milieu calorifuge, d'insonorisation et de remplissage pour les bouteilles d'acé- tylène. L'invention vise aussi une bouteille à acétylène gar- nie d'un remplissage constitué par la composition poreuse de l'invention. L'invention vise en outre des procédés de prépara- tion de la composition poreuse sus-visée.
L'invention vise une composition susceptible de durcir pour former une masse dure et poreuse, comprenant de l'eau , du ciment de Portland, de l'amiante, et un silicate de calcium précipité.finement divisé dont la grosseur moyenne des particules ne dépasse pas sensiblement un micron environ, le rapport moléculaire de SiO2 à CaO dans ce silicate n'étant pas inférieur à 2/1 environ.
<Desc/Clms Page number 2>
L'invention vise aussiun procédé de préparbtion d'une composition dure et poreuse, procédé qui consiste à éta- blir un mélange d'eau, d'amiante, de ciment de Portland et d'un précipité finement divisé de silicate de calcium, dont la dimen- sion moyenne des particules ne dépasse pas sensiblement 1 mi- cron environ, le rapport moléculaire de SiO2 à CaO dans ce si- licate n'étant pas inférieur à 2/1 environ, puis à faire durcir ce mélange.
Il est bien connu que lorsqu'on comprime l'acétylè- ne, celui-ci est sujet à une décomposition spontanée, provo- quant un gros accroissement de volume, de sorte que la compres- sion de l"acétylène dans les bouteilles constitue une opération dangereuse. Pour éviter ce danger, on comprime d'ordinaire l'a- cétylène dans les bouteilles par un procédé.qui consiste es- sentiellement à établir une bouteille entièrement remplie d'une matière de remplissage hautement poreuse et inerte et contenant un solvant liquide convenable pour l'acétylène, puis à envoyer dans cette bouteille de l'acétylèhe gazeux sous pression.
La matière de remplissage poreuse et inerte utilisée couramment pour les bouteilles à acétylène comprend du charbon de bois com- me matière absorbante, du kieselguhr comme matière de remplis- sage interstitielle, de la fibre d'amiante servant à augmenter la résistance mécanique et du ciment de Portland comme liant.
On constitue un tel mélange avec de l'eau et on dame la masse dense résultante dans la bouteille à acétylène que l'on laisse alors reposer pendant 7 jours pour permettre le durcissement de la masse. Au bout de cette période, on chauffe le cylindre dans le vide pendant 7 jours à 260 C, pour déshydrater complè- tement la masse. Le degré de porosité de la matière de remplis- sage obtenu dans le cylindre est d'environ 76 %.
En général, il est désirable que la matière de rem- plissage pour les bouteilles à acétylène réunisse les caracté- ristiques suivantes : une porosité entre 76 et 83 %, une faible
<Desc/Clms Page number 3>
dimension des pores, une bonne résistance à l'eau, une bonne stabilité entre les températures de -40 et 54 C, la possibilité de résister à une manutention brutale sans se déposer ni former des lacunes, une résistance mécanique suffisante pour fournir unsupport à la paroi de la bouteille, une faible demsité, une haute résistance à l'écrasement, une courte durée de durcisse- ment et la possibilité d'être facilement introduite dans la bou- teille à acétylène.
Il est à noter que ladite matière de remplis. sage classique que l'on vient de décrire, doit être introduite dans la bouteille à acétylène par damage ou tamponnage et né- cessite un traitement prolongé pour son durcissement.
En conséquence, un objet important de la présente invention consiste en une composition minérale poreuse suscep- tible de convenir aussi bien comme matière de remplissage pour les bouteilles à acétylène que comme milieu calorifuge ou in- sonorisant, et caractérisée par la possibilité d'être commodé- ment introduite dans les bouteilles à acétylène avant son durcis sement, un durcissement rapide, une résistance élevée aux chocs thermiques et mécaniques, une haute résistance à l'écrasement une faible densité et une bonne résistance vis-à-vis de l'eau, ainsi que des acides et des bases.
Un autre objet de l'invention consiste en une bou- teille à acétylène, garnie d'un remplissage poreux, caractéri- sée par les propriétés énumérées dans le paragraphe précédent.
Un autre objet enfin, consiste en un procédé pour la préparation de compositions minérales poreuses du type sus- visé.
Suivant l'invention, on prépare des compositions minérales poreuses en provoquant le durcissement de composi- tions aqueuses comprenant, en plus de l'eau, du ciment de Port- land, de l'amiante et du silicate de calcium précipitéjfine- ment divisé, présentant une grosseur moyenne de particules ne dépassant pas sensiblement 1 micron environ, le rapport molé-
<Desc/Clms Page number 4>
culaire de SiO2 à CaO dans ce silicate n'étant pas inférieur à 2/1 environ. Un tel silicate a été décrit dans le brevet amé- ricain N 2.287.700 délivré à Muskat et autres et on se reporte- ra à ce brevet pour une description plus détaillée. Cette ma- tière silicatée est vendue sous la marque commerciale "Silène".
On trouve deux qualités de ce produit dans le commerce.dont l'une présente une grosseur moyenne de particules comprises en- tre 0,3 et 0,3 microns et l'autre une grosseur de particules d'environ 0,2 microns. Dans ce qui suit, sauf indication con- traire, c'est le produit le plus fin,qui est visé, lorsqu'on emploie la marque de fabrique "Silène". On peut remarquer à cet égard que le "Silène" d'une dimension moyenne de 0,2 mi- crons tend à donner une composition plus poreuse que le "Silè-' ne" plus grossier.
Le "Silène" que l'on trouve sur le marché est un si- licate de calcium hydraté renfermant 19 % CaO et 67 % SiO2 et est caractérisé par une perte au feu de 14 / en poids. Le mi- croscope électronique indique une grosseur extrême de particules de 0,03 à 0,05 microns. Cette matière semble constituée princi- palement d'agglomérats friables,qui se rompent sous les efforts de cisaillement produits par les traitements de broyage ou au- tres.
La composition aqueuse suivant l'invention renfer- mant du "Silène", de l'amiante et du ciment de Portland commen- ce à durcir presqu'aussitôt après mélange et développe en quel- ques heures une résistance comparable à celle présentée par la matière de remplissage classique précédemment mentionnée après durcissement de celle-ci pendant la période de 7 jours usuelle.
Ce durcisnt rapide de la composition de l'invention s'accom- pagne d'un dégagement de chaleur important,qui semble dû à une réaction chimique intervenant entre l'eau, le ciment de Port- land et le "Silène". Il est possible que cette réaction soit due à l'hydratation du silicate tricalcique présent dans le ciment
<Desc/Clms Page number 5>
de Portland avec formation de silice gélatineuse et d'hydrate de calcium lequel à son tour réagit avec le "Silène", puisque le "Silène" est un silicate de calcium hydraté renfermant une portion d'hydrate de calcium inférieure à celle nécessaire pour neutraliser la silice.qui y est contenue.
La neutralisation de l'hydrate de calcium libéré du ciment de Portland provoque une prise de celui-ci plus rapide, que dans d'autres conditions, et donne probablement un produit durci comprenant les produits d'une réaction entre le ciment de Portland et le "Silène".
Dans la composition décrite ci-dessus, la fibre d'amiante contribue à la résistance mécanique de la composition durcie. De préférence, on utilise une amiante à fibres relati- vement longues, mesurant par exemple 1,25 cm environ.
Si on le désire, on peut incorporer.comme matière de dilution de la terre à diatomées ou kieselgnhr, telle que de la "Celite", et du noir d'acétylène ou toute autre matière so- lide inerte finement divisée. Les limites des proportions pour l'addition de ces charges sont déterminées par la diminution/ qui en résulte,pour la résistance mécanique, la porosité ou d'autres propriétés essentielles.
En ce qui concerne la proportion de "Silène", du ciment de Portland et.de l'amiante à utiliser, on doit signa- ler que pour obtenir les meilleurs résultats, il faut choisir des combinaisons de ces matières,qui ne se fendent pas, ne se retirent pas par rapport aux parois d'un récipient, qui durcis- sent aux températures ambiantes en l'espace de 7 jours et qui présentent une porosité d'au moins 75 %. Les compositions ren- fermant moins de la % de "Silène" présentent une porosité infé- rieure à 75 %, tandis que les compositions renfermant plus de 80 % de "Silène" ne se prennent pas d'une manière complète aux températures ordinaires en moins de 7 jours et se fendillent.
Les compositions renfermant moins de la % de ciment de Portland ne se prennent pas, tandis que les compositions renfermant plus de 70 % de ciment de Portland présentent des porosités inférieu-
<Desc/Clms Page number 6>
res à 75 %. Les compositions renfermant moins de 5 % d'amiante se fendillent parfois 1 tandis que les compositions renfermant plus de 40 % d'amiante sont trop fibreuses pour remplir le réci- pient sans laisser des lacunes importantes.
Ainsi, les pour- centages limites entre lesquels se trouvent la plupart des com- positions utilisables sont les suivantes :
EMI6.1
<tb> " <SEP> Silène <SEP> Il...............10 <SEP> à <SEP> 80 <SEP> %
<tb>
<tb> Ciment <SEP> de <SEP> Portland..........10 <SEP> à <SEP> 70 <SEP> %
<tb>
<tb> Amiante <SEP> ................5 <SEP> à <SEP> 40 <SEP> %
<tb>
On va maintenant donner quelques exemples de compo- sitions satisfaisantes renfermant du "Silène", du ciment de Portland et de l'amiante.
EMI6.2
<tb>
N <SEP> de <SEP> la <SEP> % <SEP> % <SEP> ciment <SEP> de <SEP> %
<tb>
<tb>
<tb> composition <SEP> "Silène" <SEP> Portland <SEP> Amiante
<tb>
<tb>
<tb> --------
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 1 <SEP> 10 <SEP> 50 <SEP> 40
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 2 <SEP> 80 <SEP> 10 <SEP> 10
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 3 <SEP> 75 <SEP> 10 <SEP> 15
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 4 <SEP> 70 <SEP> 10 <SEP> 20
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 5 <SEP> 25 <SEP> 70 <SEP> 5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 6 <SEP> 30 <SEP> 65 <SEP> 5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 7 <SEP> 30 <SEP> 30 <SEP> 40
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 25 <SEP> 35 <SEP> 40
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> % <SEP> 50 <SEP> 25 <SEP> 25
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 10 <SEP> 60 <SEP> 20 <SEP> 20
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 11 <SEP> 61,5 <SEP> 30,8 <SEP> 7,7
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 12 <SEP> 64 <SEP> 32 <SEP> 4
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 13 <SEP> 56,25 <SEP> 31,25 <SEP> 12,5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> il+ <SEP> 62,5 <SEP> 25 <SEP> 12,5
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 15 <SEP> 50 <SEP> 37,5 <SEP> 12,5
<tb>
Les 7 dernières compositions indiquées ont été com- plétées par de l'eau dans les proportions suivantes :
<Desc/Clms Page number 7>
EMI7.1
<tb> N <SEP> de <SEP> la <SEP> % <SEP> Eau <SEP> par <SEP> rapport <SEP> aux <SEP> matières
<tb>
<tb> composition <SEP> sèches <SEP> totales <SEP> :
<SEP>
<tb>
<tb> ------------------------------
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 8 <SEP> 250
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 9 <SEP> 260
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> @ <SEP> 10 <SEP> 200
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> II <SEP> 224
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 12 <SEP> 250
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 13 <SEP> 250
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 14 <SEP> 260
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> 15 <SEP> 250
<tb>
En général, on peut utiliser de 75 à 350 % d'eau en poids par rapport au poids de la matière sèche. La proportion d'eau utilisée doit suffire à constituer une matière coulant facilement pour permettre un remplissage facile des bouteilles tout en n'étant pas assez grande pour provoquer le retrait ou la formation de lacunes, lors de la prise ou du durcissement.
Dans les compositions présentant des teneurs relativement hautes en ciment de Portland, on a pu utiliser une plus grande quantité d'eau. Etant donné que le "Silène" absorbe plus d'eau que ne le fait le ciment de Portland, une augmentation de la teneur en ciment de Portland tend à abaisser la viscosité.
Pour des raisons évidentes, il est souhaitable que la matière de remplissage conserve sa fluidité pendant plusieurs heures. Suivant l'invention, on a constaté qu'en faisant com- prendre à n'importe laquelle des compositions aqueuses ci-des- sus renfermant du "Silène", du ciment de Portland et de l'amian- te, une quantité de saccharose égale par exemple à 3 %, on re- tarde d'une manière efficace la prise du produit pendant plus de 4 heures, tout en augmentant la résistance du produit fini dans une mesure importante.
Pour éviter les lacunes, tant dans le mélange préparé avant le remplissage d'une bouteille que dans la bouteille une fois remplie, on peut soumettre le mélange à l'action d'un
<Desc/Clms Page number 8>
vide poussé, (avant de l'introduire dans la bouteille) avec une vibration ou une agitation simultanée, jusqu'à ce que tout l'air emprisonné en ait été chassé. Si l'on fait appel à un vide très poussé, il y aura une certaine vaporisation d'eau diminuant ainsi légèrement la fluidité, mais on peut aisément corriger cela en utilisant un léger excès d'eau dans le mélange initial.
Il suffit d'appliquer le vide pendant quelques minutes seule- ment dans les conditions indiquées. Si alors on fait le vide dans la bouteille à acétylène avant d'y introduite le mélange ainsi désaéré et que l'on fait un branchement de vide au som- met de la bouteille pendant que l'on verse le mélange au moyen d'un entonnoir, on arrive à empêcher d'une manière pratiquement totale la formation de lacunes.
On peut réaliser une prise très satisfaisante en laissant reposer la bouteille d'acétylène remplie pendant 7 jours à la température ordinaire, puis en faisant cuire la bou- teille, le couvercle étant enlevé, jusqu'à siccité. Les bouteil- les remplies ainsi obtenues sont caractérisées par une bonne ré- sistance mécanique et une bonne porosité. Cependant, on peut grandement accélérer la prise en fermant une bouteille remplie en plaçant la bouteille remplie et fermée dans une étuve mainte- nue à 200 C environ pendant 16 heures environ, puis en enlevant le couvercle et en faisant cuire la bouteille jusqu'à siccité.
On a constaté que ce traitement porte la résistance à la compres- sion jusqu'à une valeur presque double de celle de la même ma- tière de remplissage durcie pendant 7 jours, à la température ambiante. On a également utilisé des températures de 175, 150 et 120 C. Four ces températures plus basses, on a observé une prise plus rapide et uns plus forte résistance mécanique( par rapport à la prise à température ambiante), bien qu'en général on observe un accroissement graduel de la résistance mécanique avec la température de prise. La prise est effectuée de préfé- rence à une température supérieure à 100 C.
<Desc/Clms Page number 9>
On charge les bouteilles remplies de matière poreu- se d'acétylène par uh procédé qui comprend les opérations sui- vantes : remplissage de la matière poreuse dans le récipient au moyen d'un solvant convenable pour l'acétylène tel que l'acé- tone, puis pompage du gaz acétylène sous pression dans la bou- teille. On peut par exemple pomper l'acétylène.gazeux dans la bouteille sous une pression de 21 atmosphères pendant environ 24 heures.
Une bouteille remplie d'une composition constituée par 142 Kgs de "Silène", 28,5 kgs d'amiante, 57 Kgs de ciment de Portland et 435 kgs d'eau, durcie comme décrit plus haut à une température ambiante et chargée de 83,5 kgs d'acétone s'est révélée capable d'absorber 45,5 kgs d'acétylène, tandis qu'un récipient similaire ayant la même capacité, rempli d'une matiè- re de remplissage classique n'absorbait que 43,5 kgs de gaz acétylène en présence de 83,5 kgs d'acétone.
Lorsqu'on intro- duisit 88 kgs d'acétone dans chacune de ces deux bouteilles, celle renfermant la matière de remplissage de l'invention absor- bait 47 kgs d'acétylène, tandis que la bouteille remplie de ma- tière connue n'absorbait que 42,5 kgs d'acétylène;Ainsi, les matières de remplissage de l'invention sont égales sinon supé- rièures aux matières de remplissage à acétylène standard en ce qui concerne leur capacité d'absorption de l'acétylène.
En mê- me temps, les matières de remplissage de l'invention se distin- guent par une résistance mécanique, une résistance aux chocs et une porosité beaucoup plus grandes, une densité plus faible, une porosité plus élevée, une moindre tendance à la formation de lacunes et à présenter du retrait par rapport aux parois du récipient, et par le fait qu'il est possible de les introduite dans la bouteille à remplir par simple versage à travers un en- tonnoir.
Les compositions suivant l'invention sont en outre caractérisées par de bonnes propriétés d'isolement thermique ainsi que le démontre l'exemple,qui suit. On prépare un mélange
<Desc/Clms Page number 10>
de 200 gr de "Silène", 150 gr de ciment de Portland, 50 gr d'amiante et 1000 gr d'eau, auquel on ajoute 3 % de saccharose et on le laisse se prendre à la température ordinaire pendant 7 jours. On chauffe les blocs ainsi préparés jusqu'à siccité et on les soumet à l'essai de la plaque plane.
On obtient les résultats suivants exprimés en calories/heure/cm2 de surface par degré C d'écart de température entre les surfaces opposées, pour l'épaisseur de 2,54 cm aux températures indiquées :
EMI10.1
<tb> 27 <SEP> C <SEP> 0,313
<tb>
<tb> 66 C <SEP> 0,32
<tb>
<tb>
<tb> 121 C <SEP> 0,327
<tb>
<tb>
<tb> 177 c <SEP> 0,342
<tb>
Grâce à la haute résistance mécanique, la haute ré- sistance aux chocs et la haute porosité des compositions de l'invention après durcissement, on peut également les utiliser dans chaque cas où un solide présentant ces propriétés est re- quis..
Il sera entendu que l'on peut apporter diverses va- riations à la conduite du procédé et aux compositions indiquées sans s'écarter de l'esprit de l'invention ni sacrifier les a- vantages indiqués.