**ATTENTION** debut du champ DESC peut contenir fin de CLMS **.
- en ce que ce fût étuvé est déroulé pour obtenir une feuille dont l'épaisseur est comprise entre 5 et 30 mm, cette feuille étant découpée au fur et à mesure en panneaux.
18. Procédé selon la revendication 17, caractérisé en ce que les granulés ont un diamètre de 5 mm et sont mélangés au liant thermodurcissable du type urée/formol dans la proportion de 10%, en ce que la pression exercée sur le mélange est sensiblement égale à 10 kg/cm2 pour obtenir une densité finale d'environ 0,70 et en ce que le fût est étuvé à une température de I SOC pendant 8 h.
La présente invention concerne un matériau en feuille et un procédé pour sa fabrication.
Les matériaux en feuille font l'objet de très nombreuses applications, dont quelques-unes sont évoquées ci-après.
La technique papetière, qui permet d'obtenir des produits de faible épaisseur comprise entre 0,1 et 2 mm, tels que papiers, cartons, etc., consiste à traiter des fibres végétales en phase aqueuse. Cette technique consomme des quantités d'eau et d'énergie très importantes; en outre, les effluents qui sont rejetés dans les rivières sont des polluants particulièrement agressifs, par leur nature, leur volume et leur température, vis-à-vis de l'environnement.
Une autre application connue est celle des produits de forte épaisseur comprise entre 2 et 10 mm. Il s'agit de panneaux rigides ou semi-rigides dont les dimensions sont limitées, ce qui conduit à des difficultés de montage et d'assemblage; de plus, leur densité relativement élevée ne peut pas être inférieure à certaines valeurs et leur pouvoir d'isolation, tant thermique qu'acoustique, est médiocre.
Une troisième application est celle des sous-couches utilisées comme support d'enduction pour revêtements de sol. Actuellement, ce type de revêtement de sols est réalisé à partir d'une feuille de papier d'amiante sur laquelle sont déposées une ou plusieurs couches de produits plastiques, et notamment de la mousse de polychlorure de vinyle. Le papier d'amiante normalement enduit n'apporte pratiquement rien en ce qui concerne l'affaiblissement acoustique aux bruits d'impacts entre plancher et plafond; d'autre part, il a été découvert que l'amiante présente un danger certain pour la santé publique, car l'inhalation des fibres peut conduire à l'apparition de maladies graves: fibrose, tumeurs pleurales, cancers, etc., de sorte que l'emploi de l'amiante sera abandonné, étant déjà interdit dans certains pays.
La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant une feuille pouvant se substituer au papier d'amiante, aussi mince que celui-ci, plus léger, meilleur marché et possédant un pouvoir d'isolation thermique et acoustique excellent, permettant ainsi de réduire l'épaisseur de la couche de matières plastiques déposée.
De nombreux procédés, décrits notamment dans les brevets français N" 1422835, 1540382, 1583783, 2193350, permettent de fabriquer des granulés fibreux quelles que soient la nature et les caractéristiques physico-mécaniques des fibres de base. Ces granulés possèdent des propriétés particulièrement intéressantes.
Chaque granulé est composé de fibres enchevêtrées les unes dans les autres et constituant un réseau dans lequel elles sont pratiquement libres, de telle sorte qu'une mobilité relative leur est assurée.
D'autre part, les fibres d'un granulé sont orientées d'une façon quelconque et, dès lors, les propriétés de chaque granulé sont sensiblement isotropes. Enfin, les fibres d'un même granulé restent écartées les unes des autres, et il en résulte que les granulés présentent une porosité ouverte, une très grande légèreté, une tenue souple et élastique ainsi qu'un pouvoir isolant thermique et acoustique élevé.
Ces granulés constituent, en raison de leurs propriétés rappelées ci-dessus et de leur faible prix de revient massique, le produit de base du matériau de l'invention.
A ce propos, il est utile de rappeler que des plaques souples, décrites notamment dans le brevet français N 1568187, sont obtenues en mélangeant des granulés avec un liant et en soumettant le mélange à une compression et subsidiairement à un chauffage; les granulés sont aplatis, en forme de particules lenticulaires, parallèlement aux faces de la plaque.
Lorsqu'il s'agit de fabriquer une feuille continue de grande longueur et de faible épaisseur, le mélange est distribué entre des rouleaux de calandrage chauffés qui permettent d'obtenir sensiblement la même structure dite feuilletée que précédemment.
L'emploi de granulés fibreux à la place de fibres libres et en vrac présente de nombreux avantages, parmi lesquels on peut rappeler:
- I'encollage et la distribution des fibres sèches sont difficiles sinon impossibles, alors que ces opérations appliquées à des fibres réunies en granulés ne posent aucun problème,
- les fibres s'orientent d'une façon préférentielle lors de la fabrication du papier, alors que les granulés présentent, en raison de leur structure, des fibres orientées dans toutes les directions.
Cependant, les possibilités de cette technique sont limitées, puisque l'épaisseur de la feuille ne peut pas être inférieure à 2,2 mm. Certaines applications se trouvent donc nécessairement exclues. D'autre part, l'état de surface n'est pas satisfaisant, étant donné que cette surface n'est ni lisse ni plane en raison des rugosités et nodosités qui apparaissent inévitablement.
Conformément à l'invention, le matériau en feuille est constitué par de tels granulés fibreux qui, comme précédemment, sont juxtaposés, réunis entre eux par des résines de souplesse appropriée et aplatis en forme de particules lenticulaires parallèlement à une surface dite de compression; I'originalité réside en ce que les faces de ce matériau s'étendent en travers des particules lenticulaires superficielles en ne laissant subsister de celles-ci que la partie qui est intégrée dans la masse, chaque face ayant alors l'apparence d'une juxtaposition de structures fibreuses délimitées par des courbes fermées.
Pour fabriquer ce matériau, le procédé de l'invention consiste, comme auparavant, à mélanger les granulés fibreux précités avec un liant de souplesse appropriée et à comprimer le mélange;
I'originalité de ce procédé réside en ce que la compression est effectuée de façon sensiblement uniforme pour obtenir un bloc de grandes dimensions, homogène dans son ensemble, en ce que le bloc est débité en feuilles relativement minces par tranchage ou déroulage, et en ce que le matériau en feuille ainsi débité est soumis à un traitement thermique favorisant la migration du liant.
La compression peut être axiale ou radiale; dans le premier cas, les structures fibreuses superficielles sont sensiblement elliptiques et, dans le deuxième cas, elles sont sensiblement circulaires.
Par ailleurs, le traitement thermique qui suit le tranchage ou le déroulage peut être combiné à une compression en épaisseur, ce qui peut être très facilement obtenu par calandrage à chaud.
L'effet surprenant de cette technique est que la feuille obtenue possède une excellente tenue; elle ne se déchire pas facilement, en ce sens qu'elle résiste aussi bien, sinon mieux, aux sollicitations auxquelles les matériaux traditionnels, qu'elle remplace avantageusement, sont soumis lors des essais; pourtant, on pourrait penser qu'en tranchant les granulés fibreux aplatis en travers de leur épaisseur ou de leurs plus grandes dimensions, on leur ferait perdre leurs qualités précitées grâce auxquelles les propriétés recherchées dans la feuille peuvent être obtenues; or, l'expérience montre qu'il n'en est rien, surtout après le passage dans un four ou le calandrage à chaud, car le traitement thermique assure la migration ou la répartition du liant, déposé à l'extérieur des granulés, dans la masse du matériau et le calandrage améliore l'état de surface.
On constate alors que la feuille est résistante à la traction et au déchirement; sa cohésion est excellente; son pouvoir d'isolation thermique et acoustique est bien meilleur que celui des produits qu'elle est destinée à remplacer; son épaisseur
peut être quelconque et surtout très mince; sa densité peut être relativement faible et en tout cas inférieure aux autres produits; son mode de fabrication peut orienter l'élasticité soit dans l'épais- seur, soit suivant la largeur; elle peut être réalisée en grande largeur et livrée en rouleau déroulable en un seul morceau à la longueur choisie dans le cas de l'utilisation de liants souples; enfin, son état de surface est excellent et convient parfaitement, ce qui n'était pas le cas pour la technique antérieure, à toutes les applications recherchées. Cet état de surface se trouve d'ailleurs amélioré par le calandrage à chaud, qui permet en outre d'obtenir une meilleure cohésion des structures fibreuses de la feuille et une qualité plus uniforme de cette dernière.
La description détaillée qui suit concerne divers modes d'exécution du procédé illustrés par quelques exemples donnés à titre non limitatif ainsi que par quelques croquis représentant le matériau ainsi obtenu.
La fig. 1 est une vue en plan montrant un matériau en feuille fabriqué selon un premier mode d'exécution du procédé par compression axiale,
la fig. 2 est une coupe transversale partielle prise à plus grande échelle suivant la ligne II-II de la fig. 1,
la fig. 3 est une vue analogue à la fig. 1, illustrant le matériau en feuille obtenu par la mise en oeuvre d'un deuxième mode d'exécution du procédé par compression radiale,
la fig. 4 est une coupe transversale partielle prise suivant la ligne IV-IV de la fig. 3.
Sur ces figures, la flèche F désigne le sens de déroulage et la flèche CR la direction de compression radiale.
A partir de fibres naturelles (végétales, animales, minérales) ou synthétiques, il est très facile de fabriquer des granulés fibreux dont les propriétés (grosseur, souplesse, élasticité, porosité, pouvoir isolant, légèreté, etc.) sont parfaitement adaptées aux qualités recherchées pour le matériau en feuille à élaborer selon l'invention.
Ces granulés constituent le produit de base d; matériau de l'invention. Ils sont alors mélangés avec un liant de souplesse appropriée et le mélange est soumis à une compression unidirectionelle qui tend à aplatir les granulés pour leur conférer individuellement la forme de particules lenticulaires.
La compression est exercée dans un moule de façon sensiblement uniforme pour obtenir un bloc de grandes dimensions qui possède une certaine homogénéité d'ensemble dans sa masse, bien que sa texture soit microfeuilletée parallèlement à la surface dite de compression.
Le matériau recherché est ensuite débité dans le bloc par tranchage ou par déroulage; cette opération a pour effet d'engendrer une surface de séparation entre deux feuilles ou portions de feuilles contiguës, ladite surface de séparation traversant au hasard les particules lenticulaires superficielles de ces feuilles en laissant subsister, dans l'une de celles-ci, une portion de volume quelconque de chacune de ces particules et, dans l'autre feuille, la portion restante.
Dès lors, chaque face du matériau présente l'apparence d'une juxtaposition plane de structures fibreuses délimitées par des courbes fermées, ces structures rondes, elliptiques ou ovoïdes étant elles-mêmes coplanaires, mais de dimensions différentes.
Si l'on procède par tranchage, le bloc a, de préférence, une forme parallélépipédique et sa base correspond alors au contour de la feuille à débiter.
Si l'on procède par déroulage, le bloc est nécessairement cylindrique. Le cylindre peut être plein, mais il semble plus avantageux qu'il soit creux; en effet, cela évite la perte habituelle d'un noyau central et, par ailleurs, le conduit coaxial ménagé lors du moulage permet de réaliser le centrage, le support et l'entraînement en rotation du fût tubulaire dans des conditions de mise en oeuvre plus faciles et plus sûres au moyen d'un mandrin, celui-ci s'opposant également de façon très efficace au flambage de ce fût sous l'effort de coupe. Le conduit coaxial peut être cannelé complémentairement au mandrin ou bien garni d'un fourreau lisse en carton dur pour coopérer avec un mandrin expansible.
L'exposé qui suit se rapporte au déroulage d'un fût cylindrique, mais il est bien évident qu'il s'applique également au tranchage d'un bloc parallélépipédique.
Selon un premier mode d'exécution, le mélange granulés et liant est versé dans un moule cylindrique par couches successives qui sont comprimées axialement l'une après l'autre; la hauteur de chaque couche est choisie de façon que le taux de compression soit sensiblement uniforme. Les granulés fibreux sont donc aplatis sous l'effet de la pression pour former des particules lenticulaires réunies entre elles par le liant et s'étendant à plat dans des plans radiaux du fût; dés lors, en déroulant tangentiellement ce fût, lesdites particules se trouvent tranchées perpendiculairement à leur plus grande surface pour que leur section en épaisseur soit visible.
Ainsi que le montrent les fig. 1 et 2, la feuille déroulée 1 peut contenir, si son épaisseur est suffisante, des particules lenticulaires entières; de toute façon, ses zones superficielles sont constituées par des particules lenticulaires partielles 2 dont la portion incorporée dans la feuille considérée est séparée de la portion restante incorporée dans la feuille voisine par la surface de tranchage 3 qui présente l'aspect d'une juxtaposition de structures fibreuses sensiblement elliptiques 4, qui sont en fait la partie tranchée apparente desdites particules lenticulaires superficielles.
Ces structures sont orientées, par leur grand axe, dans la direction longitudinale de la feuille I et sont sensiblement parallèles les unes aux autres; dans ces conditions, cette feuille possède une certaine élasticité transversale. Les structures elliptiques ont évidemment des dimensions différentes du fait qu'elles correspondent à des sections de tranchage différentes des particules, bien que celles-ci aient sensiblement le même calibre.
Selon un deuxième mode d'exécution, le mélange granulés et liant est déposé progressivement autour d'un mandrin central et, en même temps, est comprimé radialement contre celui-ci. Un dispositif très simple permet de réaliser un tel traitement, mais il n'est pas décrit, car il fera l'objet d'une protection ultérieure à laquelle il sera toujours possible de se référer.
De toute façon, la compression radiale a pour effet d'aplatir les granulés fibreux pour former des particules lenticulaires réunies entre elles par le liant et s'étendant concentriquement au mandrin central, c'est-à-dire à plat et parallèlement à la périphérie du fût obtenu; dès lors, en déroulant tangentiellement ce fût, lesdites particules se trouvent tranchées perpendiculairement à leur épaisseur pour que leur section de plus grande surface soit visible. Ainsi que le montre la fig. 3, la feuille déroulée 5 est composée notamment de particules lenticulaires partielles dont la portion incorporée de chacune laisse apparaître sur la surface tranchée 6 de cette feuille une structure fibreuse 7 de forme sensiblement circulaire, toutes les structures étant juxtaposées sur la même surface.
La feuille 5 considérée possède, comme précédemment, une certaine élasticité mais, dans ce cas, celle-ci intervient à travers l'épaisseur au lieu que ce soit suivant une direction superficielle.
Quel que soit le mode d'exécution choisi, il est nécessaire, avant de dérouler le fût ou de trancher le bloc comprimé, de procéder à une polymérisation et/ou une gélification et/ou une réticulation du (ou des) liant(s). Cette opération est réalisée au moyen d'un traitement thermique approprié pendant une durée convenable. Il s'agit en fait d'un séchage en atmosphère humide afin de permettre au fût ou au bloc comprimé de conserver une humidité suffisante pour assurer un déroulage convenable.
De même, il peut être intéressant, pour certaines applications, d'ajouter au mélange des produits hydrofugeants, des produits anticryptogamiques, des produits ignifugeants, etc.
Par ailleurs, il est nécessaire, lorsque la feuille est déroulée, de lui faire subir un traitement complémentaire, dans le but notamment d'améliorer l'état de surface et de favoriser la migration du liant dans toute la masse pour obtenir une meilleure cohésion et une qualité plus uniforme; ce traitement complémentaire consiste à faire circuler la feuille entre des cylindres chauffants de calandrage ou plus simplement dans un four.
Quelques exemples de matériaux déroulés et de leur procédé de fabrication sont donnés dans ce qui suit pour bien faire comprendre l'invention et mettre en évidence certaines de ses applications.
Exemple 1:
Déroulage d'une sous-couche utilisable comme support d'enduction pour revêtements de sols et susceptible de remplacer le papier d'amiante.
On reconstitue un fût cylindrique en utilisant par exemple des granulés fibreux de feuillus, d'un diamètre d'environ 18/10 et en agglomérant ces granulés par pression dans un moule cylindrique au moyen d'un liant thermoplastique du type latex, préalablement déposé autour desdits granulés, à raison de 15% en poids par rapport à ces granulés secs.
Dans le liant est incorporé un produit hydrofugeant (tel que par exemple une émulsion de paraffine) à raison de 6% en poids par rapport aux granulés secs et également un produit anticryptogamique, à raison de 0,72%.
Les granulés ainsi enrobés du liant et des produits précités sont ensuite comprimés par couches successives sous une pression de l'ordre de 7 kg/cm2 dans le but d'obtenir un fût dont la densité finale est de l'ordre de 0,45.
La réticulation du liant est obtenue en plaçant le fût dans une étuve avec circulation d'air chaud humide à une température de 140"C pendant une durée plus ou moins longue suivant la masse à traiter; par exemple, si le fût a un diamètre de 2 m et une longueur de 2,4 m, la durée est de 6 h.
Après refroidissement, le fût est prêt pour être déroulé et le déroulage peut être effectué sans l'assistance habituelle de la barre de pression.
Dans ce fût, on peut très facilement dérouler une feuille dont l'épaisseur est de 0,8 mm, ce qui correspond à un poids de 360 g/m2; un fût de 2 m de diamètre permet alors d'obtenir une feuille continue ayant 3800 m de longueur développée.
Dans le cas où la feuille ainsi déroulée est destinée à constituer une sous-couche pour enduction, il est nécessaire de contrecoller sur l'une des faces une grille de renforcement qui peut être en fibres de verre d'ouverture de maille de 0,5 x 0,5 cm, ce qui permet d'améliorer la résistance à la traction pour le passage dans les fours de gélification et également la stabilité dimensionnelle.
L'adjonction de cette grille peut être effectuée soit en même temps que le déroulage, soit au cours d'une opération séparée et, dans cette dernière éventualité, la grille encollée ou non est appliquée sur la feuille déroulée par les cylindres chauffants de calandrage précités.
Cet exemple donne des valeurs précises aux divers paramètres, mais il est bien évident que ces valeurs peuvent être comprises entre des limites plus larges, ce qui conduit certes à des produits quelque peu différents quant à leurs propriétés particulières, mais qui cependant correspondent parfaitement aux impératifs imposés par l'application choisie.
Ainsi, le diamètre moyen des granulés peut être compris entre 0,8 et 2,5 mm; la proportion de liant peut être comprise entre 7 et 30% en poids par rapport aux granulés secs; la pression appliquée sur le mélange peut être comprise entre 1,5 et 15 kg/cm2 pour obtenir un fût dont la densité finale est comprise entre 0,15 et 1; la température de chauffage peut être comprise entre 120 et 1600 C pendant une durée comprise entre 3 et 10 h; I'épaisseur de la feuille déroulée peut être comprise entre 0,1 et 2 mm.
Dans cet exemple, la feuille ne subit pas de traitement thermique après le déroulage, car les opérations d'enduction qui suivent nécessitent plusieurs passages dans les fours.
Exemple 2:
Fabrication à sec d'une feuille assimilable à du papier et de préférence à du papier type cannelure.
Dans ce cas, on utilise un liant thermoformable du type latex à haute teneur en styrène, de 80% par exemple. Ce liant est mélangé aux granulés à raison de 15% en poids par rapport à ces granulés secs; il est en principe utilisé seul, mais peut également comporter des additifs, pour hydrofuger par exemple.
La reconstitution du fût est effectuée comme précédemment, mais la pression exercée est de l'ordre de 4 kg/cm2, ce qui permet d'obtenir une densité de 0,40 environ.
La réticulation du liant est obtenue par étuvage à une température de 120 C pendant une durée convenable qui est de 5 h lorsque le diamètre du fût est de 2 m et sa longueur de 2 m.
On peut dérouler une feuille dont l'épaisseur est de 0,25 mm et son poids au mètre carré est alors de 150 g; une telle feuille déroulée dans un fût de 2 m de diamètre présente une longueur d'environ 8000 m.
Les valeurs précitées des paramètres en cause peuvent être comprises entre des limites plus larges. Ainsi, ces limites sont:
pour le diamètre moyen des granulés: 0,8 et 2,5 mm,
pour la proportion du styrène dans le liant: 75 et 90%,
pour la proportion du liant total par rapport aux granulés secs: 7 et 20%,
pour la pression appliquée sur le mélange: 1,5 et 6 kg/cm2, la densité finale étant comprise alors entre 0,15 et 0,50,
- pour la température de chauffage: 110 et 130 C,
pour la durée de chauffage: 2 et 8 h,
pour l'épaisseur de la feuille: 0,1 et 2 mm.
En réchauffant la feuille obtenue selon cet exemple 2 à une température de l'ordre de 160"C, il est possible de lui conférer des formes développables ou non par pressage, emboutissage ou autre technique. Par exemple, cette feuille peut traverser une série de cylindres chauffés qui sont cannelés complémentairement les uns aux autres, de façon à obtenir un papier ondulé simple classique ou un papier à ondulations croisées dans le sens longitudinal et dans le sens transversal. Ce dernier type de cannelures croisées est intéressant pour l'emballage, car le papier correspondant qui ne peut pas être obtenu à partir de papier classique est particulièrement rigide.
La feuille obtenue selon l'exemple 2 peut également servir à la fabrication d'un carton compact léger, simplement en l'interposant entre deux feuilles de papier kraft contrecollées.
Par exemple, si la feuille déroulée a une épaisseur de 2 mm et si une feuille de papier kraft d'un poids de 200 g/m2 est appliquée sur chacune de ses faces par contrecollage, on obtient un carton semi-rigide d'épaisseur 2 mm environ et de poids 550 g/m2, alors qu'un carton classique de même épaisseur pèse sensiblement 2 kg/m2.
Exemple 3:
Fabrication d'une feuille mince s'apparentant aux non-tissés en fibres de verre.
On utilise dans ce cas, d'une part, des granulés en fibres de verre qualité isolation et, d'autre part, un liant thermoplastique du type latex à raison de 20% en poids par rapport à ces granulés secs.
On procède alors comme précédemment, en appliquant une pression de 2,2 kg/cm2 environ, ce qui permet d'obtenir une densité voisine de 0,30.
La réticulation du liant est effectuée par étuvage à l'air chaud humide vers 1400 C.
Pour obtenir une feuille dont le poids au mètre carré est de 45 g, on déroule une épaisseur de 15/10 mm et, si le fût mesure 2 m de diamètre, la longueur continue déroulée à cette épaisseur atteint environ 20000 m.
Les valeurs indiquées ci-dessus peuvent, dans cet exemple, également être choisies dans des limites plus larges. Ainsi, le diamètre moyen des granulés peut être compris entre 3 et 6 mm, la proportion du liant entre 15 et 40%, la pression appliquée entre 1,5 et 10 kg/cm2, la densité finale entre 0,15 et 0,70, la température de réticulation entre 120 et 160 C, la durée de réticulation entre 3 et 10 h, l'épaisseur de la feuille entre 0,1 et 1 mm.
Exemple 4:
Fabrication d'une feuille épaisse débitable en panneaux rigides.
On utilise maintenant un liant thermodurcissable du type urée/formol, à raison de 10% en poids par rapport aux granulés secs de feuillus.
Pour obtenir une densité d'environ 0,70, on applique une pression de l'ordre de 10 kg/cm2.
La polymérisation du liant est effectuée par étuvage à l'air chaud humide vers 1 SOC.
Pour fabriquer une feuille dont le poids au mètre carré à la densité indiquée est de 6,3 kg, on déroule sur une épaisseur de 9 mm et, si le fût présente un diamètre de 2 m, la longueur déroulée est d'environ 340 m.
Bien entendu, étant donné que le produit obtenu est rigide, la dérouleuse coopère avec un dispositif de sciage en travers afin de découper les panneaux à la longueur choisie.
Ce type de panneaux est plus spécialement applicable pour l'isolation dans le bâtiment (plancher, plafond, toit, etc.).
Comme dans les autres exemples, les valeurs indiquées pour les paramètres en cause ne sont pas limitatives, puisqu'elles peuvent être comprises dans des limites plus larges. En effet, le diamètre des granulés peut être compris entre 0,8 et 8 mm, la proportion du liant entre 7 et 20%, la pression appliquée entre 1,5 et 15 kg/cm2, la densité obtenue entre 0,15 et 1, la température de polymérisation entre 110 et 170 C, la durée de polymérisation entre 3 et 10 h, l'épaisseur de la feuille entre 5 et 20 mm.
L'invention n'est pas limitée aux modes d'exécution du procédé et aux types de matériaux en feuille obtenus ainsi qu'aux exemples décrits dans ce qui précède, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre.
D'une façon générale, I'invention est applicable à l'élaboration de matériaux en feuille de toutes épaisseurs ayant les propriétés qui ont été définies à l'avance; plus spécialement, elle est applicable à la fabrication de papiers et de cartons divers par voie sèche, de sous-couches à enduire pour revêtements de sols, pour revêtements muraux, de non-tissés, de panneaux divers, etc.
** ATTENTION ** start of the DESC field may contain end of CLMS **.
- in that this baking pan is unrolled to obtain a sheet whose thickness is between 5 and 30 mm, this sheet being cut progressively into panels.
18. The method of claim 17, characterized in that the granules have a diameter of 5 mm and are mixed with the thermosetting binder of the urea / formalin type in the proportion of 10%, in that the pressure exerted on the mixture is substantially equal at 10 kg / cm2 to obtain a final density of approximately 0.70 and in that the barrel is baked at a temperature of I SOC for 8 h.
The present invention relates to a sheet material and a method for its manufacture.
Sheet materials are the subject of many applications, some of which are discussed below.
The papermaking technique, which makes it possible to obtain thin products of between 0.1 and 2 mm, such as paper, cardboard, etc., consists in treating vegetable fibers in the aqueous phase. This technique consumes very large amounts of water and energy; in addition, the effluents which are discharged into rivers are particularly aggressive pollutants, by their nature, their volume and their temperature, vis-à-vis the environment.
Another known application is that of very thick products between 2 and 10 mm. These are rigid or semi-rigid panels whose dimensions are limited, which leads to assembly and assembly difficulties; moreover, their relatively high density cannot be lower than certain values and their insulating power, both thermal and acoustic, is poor.
A third application is that of underlayers used as a coating support for floor coverings. Currently, this type of floor covering is made from a sheet of asbestos paper on which are deposited one or more layers of plastic products, and in particular polyvinyl chloride foam. Normally coated asbestos paper contributes practically nothing with regard to the acoustic reduction in impact noise between floor and ceiling; on the other hand, it has been discovered that asbestos poses a certain danger to public health, since the inhalation of fibers can lead to the appearance of serious diseases: fibrosis, pleural tumors, cancers, etc., so that the use of asbestos will be abandoned, being already banned in some countries.
The present invention aims to remedy these drawbacks by proposing a sheet which can replace asbestos paper, as thin as this, lighter, cheaper and having excellent thermal and acoustic insulation power, thus allowing to reduce the thickness of the layer of plastics deposited.
Many processes, described in particular in French patents Nos. 1422835, 1540382, 1583783, 2193350, make it possible to manufacture fibrous granules whatever the nature and the physico-mechanical characteristics of the base fibers. These granules have particularly advantageous properties.
Each granule is composed of fibers entangled in each other and constituting a network in which they are practically free, so that relative mobility is ensured for them.
On the other hand, the fibers of a granule are oriented in any way and, therefore, the properties of each granule are substantially isotropic. Finally, the fibers of the same granule remain separated from each other, and the result is that the granules have an open porosity, a very lightness, a flexible and elastic hold as well as a high thermal and acoustic insulating power.
These granules constitute, because of their properties mentioned above and their low mass cost price, the basic product of the material of the invention.
In this regard, it is useful to remember that flexible plates, described in particular in French patent N 1568187, are obtained by mixing granules with a binder and subjecting the mixture to compression and, in the alternative, to heating; the granules are flattened, in the form of lenticular particles, parallel to the faces of the plate.
When it is a question of manufacturing a continuous sheet of great length and of small thickness, the mixture is distributed between heated calendering rollers which make it possible to obtain substantially the same so-called laminated structure as previously.
The use of fibrous granules instead of loose and loose fibers has many advantages, among which we can recall:
- the sizing and the distribution of dry fibers are difficult if not impossible, whereas these operations applied to fibers gathered in granules pose no problem,
- The fibers are oriented in a preferential way during the production of paper, while the granules have, due to their structure, fibers oriented in all directions.
However, the possibilities of this technique are limited, since the thickness of the sheet cannot be less than 2.2 mm. Certain applications are therefore necessarily excluded. On the other hand, the surface condition is not satisfactory, given that this surface is neither smooth nor flat due to the roughness and nodosity which inevitably appear.
In accordance with the invention, the sheet material consists of such fibrous granules which, as before, are juxtaposed, joined together by resins of suitable flexibility and flattened in the form of lenticular particles parallel to a so-called compression surface; The originality lies in the fact that the faces of this material extend across the surface lenticular particles, leaving only the part which remains integrated in the mass, each face then having the appearance of a juxtaposition of fibrous structures delimited by closed curves.
To manufacture this material, the process of the invention consists, as before, in mixing the above-mentioned fibrous granules with a binder of appropriate flexibility and in compressing the mixture;
The originality of this process lies in that the compression is carried out in a substantially uniform manner to obtain a large block, homogeneous as a whole, in that the block is cut into relatively thin sheets by slicing or peeling, and in that that the sheet material thus cut is subjected to a heat treatment favoring the migration of the binder.
Compression can be axial or radial; in the first case, the surface fibrous structures are substantially elliptical and, in the second case, they are substantially circular.
Furthermore, the heat treatment which follows the slicing or unwinding can be combined with a compression in thickness, which can be very easily obtained by hot calendering.
The surprising effect of this technique is that the sheet obtained has excellent hold; it does not tear easily, in the sense that it resists as well, if not better, the stresses to which traditional materials, which it advantageously replaces, are subjected during tests; however, one might think that by cutting the flattened fibrous granules across their thickness or their largest dimensions, they would lose their aforementioned qualities thanks to which the properties sought in the sheet can be obtained; However, experience shows that this is not the case, especially after passing through an oven or hot calendering, because the heat treatment ensures the migration or the distribution of the binder, deposited outside the granules, in the mass of the material and the calendering improves the surface condition.
It is then found that the sheet is resistant to traction and tearing; its cohesion is excellent; its thermal and acoustic insulation power is much better than that of the products it is intended to replace; its thickness
can be any and especially very thin; its density can be relatively low and in any case lower than other products; its method of manufacture can orient the elasticity either in the thickness or along the width; it can be made in large width and delivered in roll unrollable in a single piece to the length chosen in the case of the use of flexible binders; finally, its surface condition is excellent and is perfectly suitable, which was not the case for the prior art, for all the desired applications. This surface condition is moreover improved by hot calendering, which also makes it possible to obtain better cohesion of the fibrous structures of the sheet and a more uniform quality of the latter.
The detailed description which follows relates to various embodiments of the process illustrated by a few examples given without implied limitation as well as by some sketches representing the material thus obtained.
Fig. 1 is a plan view showing a sheet material produced according to a first embodiment of the method by axial compression,
fig. 2 is a partial cross section taken on a larger scale along the line II-II of FIG. 1,
fig. 3 is a view similar to FIG. 1, illustrating the sheet material obtained by the implementation of a second embodiment of the method by radial compression,
fig. 4 is a partial cross section taken along line IV-IV of FIG. 3.
In these figures, the arrow F denotes the direction of unwinding and the arrow CR the direction of radial compression.
From natural (vegetable, animal, mineral) or synthetic fibers, it is very easy to manufacture fibrous granules whose properties (size, flexibility, elasticity, porosity, insulating power, lightness, etc.) are perfectly suited to the desired qualities. for the sheet material to be produced according to the invention.
These granules constitute the basic product of; material of the invention. They are then mixed with a binder of appropriate flexibility and the mixture is subjected to a unidirectional compression which tends to flatten the granules to give them individually the form of lenticular particles.
The compression is exerted in a mold in a substantially uniform manner to obtain a block of large dimensions which has a certain overall homogeneity in its mass, although its texture is micro-laminated parallel to the so-called compression surface.
The desired material is then cut into the block by slicing or unrolling; this operation has the effect of generating a separation surface between two sheets or portions of contiguous leaves, said separation surface randomly passing through the lenticular surface particles of these leaves, leaving in one of them a portion any volume of each of these particles and, in the other sheet, the remaining portion.
Consequently, each face of the material has the appearance of a planar juxtaposition of fibrous structures delimited by closed curves, these round, elliptical or ovoid structures being themselves coplanar, but of different dimensions.
If one proceeds by slicing, the block preferably has a parallelepiped shape and its base then corresponds to the outline of the sheet to be cut.
If one proceeds by unwinding, the block is necessarily cylindrical. The cylinder can be full, but it seems more advantageous that it is hollow; in fact, this avoids the usual loss of a central core and, moreover, the coaxial conduit formed during molding makes it possible to center, support and rotate the tubular barrel under conditions of implementation more easier and safer by means of a mandrel, which also very effectively prevents buckling of this barrel under the cutting force. The coaxial conduit can be fluted additionally to the mandrel or alternatively provided with a smooth sleeve made of hard cardboard to cooperate with an expandable mandrel.
The following description relates to the unwinding of a cylindrical barrel, but it is obvious that it also applies to the slicing of a parallelepiped block.
According to a first embodiment, the mixture of granules and binder is poured into a cylindrical mold in successive layers which are compressed axially one after the other; the height of each layer is chosen so that the compression ratio is substantially uniform. The fibrous granules are therefore flattened under the effect of pressure to form lenticular particles joined together by the binder and extending flat in radial planes of the barrel; from then on, by tangentially unwinding this barrel, said particles are cut off perpendicularly to their largest surface so that their thickness section is visible.
As shown in Figs. 1 and 2, the unrolled sheet 1 may contain, if its thickness is sufficient, whole lenticular particles; in any case, its surface areas are formed by partial lenticular particles 2, the portion incorporated in the sheet considered is separated from the remaining portion incorporated in the neighboring sheet by the cutting surface 3 which has the appearance of a juxtaposition of substantially elliptical fibrous structures 4, which are in fact the visible trench part of said surface lenticular particles.
These structures are oriented, by their major axis, in the longitudinal direction of the sheet I and are substantially parallel to each other; under these conditions, this sheet has a certain transverse elasticity. Elliptical structures obviously have different dimensions because they correspond to different slicing sections of the particles, although these have substantially the same caliber.
According to a second embodiment, the mixture of granules and binder is gradually deposited around a central mandrel and, at the same time, is compressed radially against it. A very simple device makes it possible to carry out such a treatment, but it is not described, since it will be the subject of a subsequent protection to which it will always be possible to refer.
In any case, the radial compression has the effect of flattening the fibrous granules to form lenticular particles joined together by the binder and extending concentrically with the central mandrel, that is to say flat and parallel to the periphery the barrel obtained; therefore, by tangentially unwinding this barrel, said particles are cut off perpendicularly to their thickness so that their section of larger surface is visible. As shown in fig. 3, the unrolled sheet 5 is composed in particular of partial lenticular particles, the incorporated portion of each of which reveals on the cut surface 6 of this sheet a fibrous structure 7 of substantially circular shape, all the structures being juxtaposed on the same surface.
The sheet 5 considered has, as before, a certain elasticity but, in this case, this intervenes through the thickness instead of being in a surface direction.
Whatever the mode of execution chosen, it is necessary, before unrolling the barrel or cutting the compressed block, to carry out a polymerization and / or a gelling and / or a crosslinking of the binder (s) . This operation is carried out by means of an appropriate heat treatment for a suitable duration. It is in fact a drying in a humid atmosphere in order to allow the barrel or the compressed block to retain sufficient humidity to ensure proper unwinding.
Likewise, it may be advantageous, for certain applications, to add water-repellent products, anticryptogamic products, flame-retardant products, etc. to the mixture.
Furthermore, it is necessary, when the sheet is unrolled, to subject it to an additional treatment, with the aim in particular of improving the surface condition and of promoting the migration of the binder throughout the mass in order to obtain better cohesion and more uniform quality; this additional treatment consists in circulating the sheet between heating calendering cylinders or more simply in an oven.
Some examples of unwound materials and their manufacturing process are given in the following to make the invention clear and to highlight some of its applications.
Example 1:
Unrolling of an underlay usable as a coating support for floor coverings and capable of replacing asbestos paper.
A cylindrical barrel is reconstituted by using for example fibrous hardwood granules, with a diameter of about 18/10 and by agglomerating these granules by pressure in a cylindrical mold by means of a thermoplastic binder of the latex type, previously deposited around said granules, at a rate of 15% by weight relative to these dry granules.
In the binder is incorporated a water-repellent product (such as for example a paraffin emulsion) in an amount of 6% by weight relative to the dry granules and also an anticryptogamic product, in an amount of 0.72%.
The granules thus coated with the binder and the abovementioned products are then compressed in successive layers under a pressure of the order of 7 kg / cm 2 in order to obtain a drum whose final density is of the order of 0.45.
The crosslinking of the binder is obtained by placing the barrel in an oven with circulation of humid hot air at a temperature of 140 "C for a more or less long period depending on the mass to be treated; for example, if the barrel has a diameter of 2 m and a length of 2.4 m, the duration is 6 h.
After cooling, the barrel is ready to be unwound and the unwinding can be carried out without the usual assistance of the pressure bar.
In this barrel, one can very easily unroll a sheet whose thickness is 0.8 mm, which corresponds to a weight of 360 g / m2; a barrel of 2 m in diameter then makes it possible to obtain a continuous sheet having 3800 m of developed length.
In the case where the sheet thus unwound is intended to constitute an undercoat for coating, it is necessary to laminate on one of the faces a reinforcement grid which may be made of glass fibers with a mesh opening of 0.5 x 0.5 cm, which improves the tensile strength for passage through gelling ovens and also the dimensional stability.
The addition of this grid can be carried out either at the same time as the unwinding, or during a separate operation and, in the latter eventuality, the grid, whether or not glued, is applied to the sheet unrolled by the above-mentioned calendering heating rolls .
This example gives precise values for the various parameters, but it is obvious that these values can be comprised between wider limits, which certainly leads to products somewhat different as regards their particular properties, but which however correspond perfectly to the requirements imposed by the chosen application.
Thus, the average diameter of the granules can be between 0.8 and 2.5 mm; the proportion of binder can be between 7 and 30% by weight relative to the dry granules; the pressure applied to the mixture can be between 1.5 and 15 kg / cm2 to obtain a barrel whose final density is between 0.15 and 1; the heating temperature can be between 120 and 1600 C for a period between 3 and 10 h; The thickness of the unrolled sheet may be between 0.1 and 2 mm.
In this example, the sheet does not undergo heat treatment after the unwinding, since the coating operations which follow require several passages in the ovens.
Example 2:
Dry manufacturing of a sheet comparable to paper and preferably to fluting type paper.
In this case, a thermoformable binder of the latex type with a high styrene content, of 80% for example, is used. This binder is mixed with the granules in an amount of 15% by weight relative to these dry granules; in principle, it is used alone, but can also contain additives, for example to waterproof.
The barrel is reconstituted as above, but the pressure exerted is of the order of 4 kg / cm2, which makes it possible to obtain a density of approximately 0.40.
The crosslinking of the binder is obtained by steaming at a temperature of 120 ° C. for a suitable duration which is 5 hours when the diameter of the drum is 2 m and its length 2 m.
You can unroll a sheet whose thickness is 0.25 mm and its weight per square meter is then 150 g; such a sheet unrolled in a drum 2 m in diameter has a length of about 8000 m.
The aforementioned values of the parameters in question may be between wider limits. Thus, these limits are:
for the average diameter of the granules: 0.8 and 2.5 mm,
for the proportion of styrene in the binder: 75 and 90%,
for the proportion of the total binder relative to the dry granules: 7 and 20%,
for the pressure applied to the mixture: 1.5 and 6 kg / cm2, the final density then being between 0.15 and 0.50,
- for the heating temperature: 110 and 130 C,
for the heating time: 2 and 8 h,
for the thickness of the sheet: 0.1 and 2 mm.
By reheating the sheet obtained according to this example 2 to a temperature of the order of 160 "C, it is possible to give it forms which can be developed or not by pressing, stamping or other technique. For example, this sheet can pass through a series of heated cylinders which are fluted complementary to one another, so as to obtain a conventional simple corrugated paper or a paper with corrugations crosswise in the longitudinal direction and in the transverse direction. The latter type of crossed grooves is advantageous for packaging, because the corresponding paper which cannot be obtained from conventional paper is particularly rigid.
The sheet obtained according to Example 2 can also be used to manufacture a light compact cardboard, simply by interposing it between two sheets of laminated kraft paper.
For example, if the unrolled sheet has a thickness of 2 mm and if a sheet of kraft paper weighing 200 g / m2 is applied to each of its faces by laminating, a semi-rigid cardboard of thickness 2 is obtained mm approximately and weight 550 g / m2, whereas a conventional cardboard of the same thickness weighs approximately 2 kg / m2.
Example 3:
Production of a thin sheet similar to glass fiber nonwovens.
Is used in this case, on the one hand, glass fiber granules quality insulation and, on the other hand, a thermoplastic binder of the latex type at a rate of 20% by weight relative to these dry granules.
The procedure is then as above, applying a pressure of approximately 2.2 kg / cm 2, which makes it possible to obtain a density close to 0.30.
The crosslinking of the binder is carried out by steaming with hot humid air around 1400 C.
To obtain a sheet whose weight per square meter is 45 g, a thickness of 15/10 mm is unwound and, if the barrel is 2 m in diameter, the continuous length unrolled at this thickness reaches approximately 20,000 m.
The values indicated above can, in this example, also be chosen within wider limits. Thus, the average diameter of the granules can be between 3 and 6 mm, the proportion of the binder between 15 and 40%, the pressure applied between 1.5 and 10 kg / cm2, the final density between 0.15 and 0.70 , the crosslinking temperature between 120 and 160 C, the crosslinking time between 3 and 10 h, the sheet thickness between 0.1 and 1 mm.
Example 4:
Manufacture of a thick sheet debitable in rigid panels.
A thermosetting binder of the urea / formaldehyde type is now used, at a rate of 10% by weight relative to the dry hardwood granules.
To obtain a density of about 0.70, a pressure of the order of 10 kg / cm2 is applied.
The polymerization of the binder is carried out by steaming with hot humid air to 1 SOC.
To make a sheet whose weight per square meter at the indicated density is 6.3 kg, it is rolled out over a thickness of 9 mm and, if the drum has a diameter of 2 m, the unrolled length is approximately 340 m .
Of course, since the product obtained is rigid, the unwinder cooperates with a cross sawing device in order to cut the panels to the chosen length.
This type of panel is more especially applicable for insulation in the building (floor, ceiling, roof, etc.).
As in the other examples, the values indicated for the parameters in question are not limiting, since they can be included within wider limits. Indeed, the diameter of the granules can be between 0.8 and 8 mm, the proportion of the binder between 7 and 20%, the pressure applied between 1.5 and 15 kg / cm2, the density obtained between 0.15 and 1 , the polymerization temperature between 110 and 170 C, the polymerization time between 3 and 10 h, the sheet thickness between 5 and 20 mm.
The invention is not limited to the methods of carrying out the process and to the types of sheet material obtained as well as to the examples described in the foregoing, since various modifications can be made thereto without departing from its scope.
In general, the invention is applicable to the production of sheet materials of all thicknesses having the properties which have been defined in advance; more specifically, it is applicable to the manufacture of various papers and cardboards by the dry route, of undercoats to be coated for floor coverings, for wall coverings, nonwovens, various panels, etc.