CH637320A5

CH637320A5 - Procede de fabrication de plaques de construction.

Info

Publication number: CH637320A5
Application number: CH419080A
Authority: CH
Inventors: Thomas Albert Pilgrim
Original assignee: Bpb Industries Ltd
Priority date: 1979-05-30
Filing date: 1980-05-29
Publication date: 1983-07-29
Also published as: IT1131220B; GB2053779A; LU82494A1; DE3019917C2; NO151352C; FR2457754A1; US4378405A; NO801602L; IT8022454A0; ES8102493A1; GR68472B; ZA803205B; IE801082L; ATA289380A; SE441610B; DE3019917A1; JPS63172607A; DK152687B; JPS55162487A; PL224587A1

Description

La présente invention se rapporte à la production de plaques de construction à partir d'un liant hydraulique minéral tel que du plâtre.

Les plaques de plâtre classiques, revêtues de papier, ont une solidité et une résistance au feu suffisantes pour de nombreux emplois, mais il existe des applications potentielles qui nécessitent, pour de telles plaques, une solidité et/ou une résistance au feu supérieures.

On a proposé d'augmenter la solidité de ces plaques de construction en renforçant le corps de liant hydraulique durci avec des matières fibreuses, mais cela n'a rencontré qu'un succès partiel. Les procédés complexes, qui impliquent la formation d'un produit stratifié dans un moule, à partir de feutres de fibre de verre et de pâtes de plâtre, par exemple comme décrit dans le brevet britannique N° 1520411, ne sont pas économiques, et le feutre de fibres occupe toute l'épaisseur du produit. L'emploi de fibres, telles que des fibres de verre, dispersées dans le liant suscite des difficultés dans la dispersion effective des fibres dans la pâte et dans les limitations de solidité provenant d'une liaison inadéquate entre les fibres et le liant environnant.

D'autres ont proposé la fabrication d'un produit analogue aux plaques de plâtre, mais employant des fibres minérales entrelacées à la place des revêtements de papier classiques, comme dans le brevet britannique N° 769414. Dans le brevet britannique N° 772581, on fait passer un tissu de fibres de verre à travers une pâte de plâtre avant l'application d'une couche de pâte et d'un second tissu de verre imprégné. Dans chaque cas, il est douteux que les tissus de revêtement puissent être imprégnés de manière satisfaisante et qu'une liaison adéquate soit réalisée.

Dans le brevet canadien N° 993779, on propose de former des plaques de plâtre hydraté en déposant une pâte de plâtre sur une feuille de fibres inorganiques sur un transporteur, puis en appliquant une seconde feuille de fibres similaires et en pressant l'assemblage entre des rouleaux pour faire pénétrer la pâte dans les feuilles fibreuses, aux surfaces de la masse de pâte. Il a été constaté qu'un tel procédé ne donne qu'une pénétration partielle et irrégulière, laissant la plaque produite avec une surface rugueuse où apparaissent à la fois les fibres et le gypse.

Dans le brevet US N° 3993822, on décrit une plaque de plâtre hydraté multicouche dans laquelle une âme de plâtre hydraté et de fibres de renforcement est recouverte, sur une face, par un voile de fibres de verre ou par un carton et, sur l'autre face, par une toile de fibres de verre et un voile de fibres de verre, un carton, une feuille de métal ou de papier. Dans chaque cas, le voile ou la feuille résiste à la pénétration du plâtre et la structure est formée par simples applications successives des différentes feuilles et compositions sur une table et un transporteur de formation. Le produit présente des surfaces dont la texture est déterminée par celle des feuilles externes dans chaque cas, feuilles qui peuvent elles-mêmes n'être qu'imparfaitement liées à l'âme.

Le brevet britannique N° 2013563 (publié le 15 août 1979) divulgue la production de plaques de plâtre dont une face est revêtue d'un carton usuel (papier) sur lequel la pâte de l'âme est coulée de la manière usuelle, tandis qu'une feuille de fibres de verre est appliquée sur la pâte de l'âme et refoulée à l'intérieur de la pâte par un dispositif à peigne. Dans ce produit, l'une des faces est en papier et n'a que les propriétés de la plaque de plâtre classique, alors que l'autre face est en gypse et n'est pas protégée contre l'abrasion et les autres détériorations d'origine mécanique.

Le brevet britannique N° 2004807 (publié le 11 avril 1979) décrit une méthode de fabrication d'une mince plaque de plâtre renforcé, dans lequel un tissu de fibres de verre est recouvert de plâtre sec, vibré pour faire pénétrer les cristaux de plâtre dans le tissu, puis aspergé d'eau en continuant la vibration pour mélanger le plâtre et l'eau à l'intérieur du tissu. Le plâtre prend, en formant une plaque de gypse renforcé dans laquelle les fibres sont distribuées dans toute l'épaisseur de la plaque.

On a maintenant développé un procédé permettant d'éviter ou de surmonter les inconvénients de la technique antérieure, de manière économique.

Le présent inventeur a découvert que, si une nappe fibreuse perméable est appliquée sur la surface d'une pâte d'un liant hydraulique minéral, telle qu'une pâte de plâtre, et retenue par une surface de support, telle que celle d'une feuille détachable ou d'une courroie d'un transporteur, et que l'on fasse vibrer la surface, on peut faire pénétrer la pâte à travers la nappe et former ainsi une mince pellicule continue sur la surface externe de ces derniers.

En conséquence, la présente invention a pour objet un procédé de fabrication d'une plaque de construction, caractérisé en ce que l'on met une nappe fibreuse perméable en contact avec une ou avec les deux faces d'une couche d'une pâte aqueuse contenant un liant hydraulique minéral, telle que du plâtre de gypse, en ce qu'on maintient la pâte et la nappe assemblées entre des surfaces de supports, en ce qu'on fait vibrer la ou les surfaces de support en contact avec la nappe jusqu'à ce que la pâte pénètre à travers la nappe et que la

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nappe soit complètement noyée dans la face respective de la pâte et recouverte d'un film continu de la pâte.

La nappe perméable fibreuse est de préférence formée de fibres minérales.

Il n'est pas nécessaire que l'âme contienne des fibres, mais de petites quantités de fibres peuvent lui être incorporées pour améliorer sa cohérence. La contribution des fibres à la résistance de la plaque est la plus grande lorsqu'elle se trouve dans les faces ou près des faces de la plaque, si bien que l'accroissement maximal de résistance que l'on peut obtenir par l'emploi d'une quantité donnée de fibres est réalisé par l'emploi d'une nappe noyée à proximité immédiate de la surface de l'âme.

Les fibres de renforcement sont de préférence des fibres de verre et peuvent être sous la forme d'un tissu ou d'un canevas tissé ou tricoté, mais elles sont de préférence sous la forme d'une nappe non tissée, liée à l'aide d'une résine synthétique appropriée.

En noyant les fibres dans la face de l'âme et en formant un film continu de liant hydraulique minéral par-dessus les fibres, on améliore la finesse de la surface finale de la plaque tout en assurant que les fibres soient concentrées à l'emplacement le plus efficace, aussi près que possible de la surface de la plaque.

Le procédé selon l'invention peut facilement être mis en œuvre en continu afin de produire la plaque continuellement sur une chaîne de fabrication. De préférence, on fait avancer une nappe fibreuse perméable sur une surface de support inférieure, puis on applique la couche de pâte destinée à former l'âme, suivie d'une seconde nappe, après quoi on fait passer l'assemblage sous une seconde surface de support et on fait avancer la structure assemblée de la plaque entre les surfaces de support tout en soumettant des régions appropriées des surfaces à une vibration. La plaque finale est obtenue par prise, découpage et séchage de la manière usuelle.

Il a été constaté que le film continu de liant, formé par pénétration de la nappe par la pâte sous l'influence de la vibration, est généralement compacté ou densifié et est plus dur et moins poreux que la matière de l'âme de la plaque.

Comme mentionné précédemment, il convient que la nappe soit proche de la surface, et on préfère que l'épaisseur du film continu recouvrant la nappe ne dépasse pas 2 mm, ou même 1 mm, mais il peut être aussi mince que possible, pour autant que la quantité de pâte soit suffisante pour conférer à la plaque terminée la surface désirée. La surface peut être lisse ou peut avoir une texture régulière ou désordonnée, selon la surface de la courroie de transporteur ou autre support. La structure densifiée permet de réaliser une finition de surface fine. L'âme peut avoir toute épaisseur désirée, par exemple semblable aux épaisseurs normales des plaques de plâtre.

Les nappes préférées sont des voiles de fibres de verre non tissées. Le voile peut être lié par une résine, par exemple à l'aide d'une résine urée/formaldéhyde, comme cela est usuel avec les voiles de verre. Ces voiles peuvent avoir un poids d'environ 60 à 80 g/m2, mais cette valeur n'est nullement critique et des fibres ayant, par exemple, 10 à 20 |im de diamètre sont utilisables. Deux voiles de ce genre représentent ainsi une quantité de fibres de 120 à 160 g/m2 de plaque, ce qui, avec une épaisseur normale de 9 mm pour la plaque, peut représenter 1 à 2% du poids du plâtre présent dans la plaque. Cette proportion relativement faible de fibres fait ressortir l'économie de la présente invention en ce qui concerne la quantité de fibres employées, et on peut ajuster la résistance de la plaque en faisant varier la résistance des voiles utilisés.

Les fibres du voile non tissé peuvent être distribuées au hasard ou être orientées. Dans le premier cas, la plaque aura sensiblement la même résistance à la rupture dans la direction longitudinale (machine) que dans la direction transversale. Dans le second cas, la plaque peut avoir une haute résistance en direction longitudinale mais une résistance inférieure en direction transversale. A cet égard, elle ressemble à la plaque de plâtre classique, bien que la résistance moyenne de la plaque puisse être sensiblement accrue, si désiré. Par exemple, un voile pratiquement désordonné de 60 g/m2, appliqué sur les deux faces, donne une plaque ayant approximativement la même résistance dans les deux directions, supérieure à la résistance en direction transversale d'une plaque de plâtre classique, mais inférieure à la résistance longitudinale. Cette dernière valeur est dépassée si un voile de 80 g/m2 est utilisé. L'orientation longitudinale des fibres d'un voile de 60 g/m2 élève la résistance de la plaque dans cette direction, avec une réduction correspondante de la résistance transversale, et on peut ainsi se rapprocher davantage des caractéristiques de résistance des plaques de plâtre classiques. Ainsi, en faisant varier les caractéristiques du voile, on peut rendre la plaque plus forte dans une direction particulière, ou on peut conférer un supplément de résistance aux emplacements désirés, par exemple le long des bords de la plaque, en utilisant des voiles ayant une distribution adéquate des fibres.

On peut employer un tissu ou un canevas tissé de fibres de verre, mais il est plus coûteux ou moins efficace qu'un voile non tissé.

La pâte de l'âme peut contenir une faible quantité de fibres de verre, par exemple de 0,3 à 3% en poids du plâtre, pour augmenter la cohésion, mais elle peut être exempte de fibres comme pour les plaques de plâtre classiques.

Les plaques produites conformément à l'invention avec utilisation d'une nappe de fibres minérales ne nécessitent pas les revêtements de papier des plaques de plâtre hydraté classiques, ni l'inclusion d'amidon dans la pâte de l'âme. Elles peuvent donc être entièrement constituées de matériaux non combustibles, et l'étape de séchage de leur fabrication peut être relativement rapide, avec les avantages qui en résultent, notamment une moindre dépense d'énergie.

Les voiles et les canevas de fibres de verre qui sont disponibles sont généralement suffisamment poreux pour assurer la pénétration d'une quantité suffisante de pâte sous l'influence de la vibration, de manière à former le film de surface désiré. On peut accroître la pénétration en perforant le tissu avant de l'appliquer sur la pâte. Un préchauffage de la pâte ou l'addition d'agents surfactifs à la pâte contribue aussi à la pénétration.

Il est possible d'imprégner la nappe fibreuse, avant de l'appliquer sur la pâte de l'âme, avec des additifs modificateurs de la surface tels que des agents imperméabilisants et des agents renforçants, par exemple des résines synthétiques. Si on ne laisse pas la couche imprégnée sécher avant de l'appliquer sur la pâte de l'âme, cette dernière, en traversant la couche, emportera avec elle au moins une partie de l'additif présent dans la couche, si bien que l'additif modifiera de façon avantageuse le film de surface en gypse (ou autre liant hydraulique minéral). Ainsi, si par exemple on applique un agent imperméabilisant sur le tissu ou la nappe, on peut former une surface imperméable en utilisant une quantité d'additif beaucoup plus petite que cela serait nécessaire si l'additif était incorporé à la pâte de l'âme de la manière usuelle.

Les courroies principales entre lesquelles la plaque est formée sont de préférence formées d'une matière à laquelle la pâte de plâtre n'adhère pas facilement. A cet égard, la plupart des matières plastiques utilisées pour les courroies transporteuses conviennent. Les courroies sont de préférence flexibles, de façon à permettre à une vibration locale de se transmettre à l'assemblage de la plaque après que la nappe a été appliquée sur la pâte de l'âme.

Tout dispositif vibratoire approprié peut être utilisé. Actuellement, on préfère employer des arbres rotatifs horizontaux ayant une section transversale anguleuse, montés de façon à porter contre le dos des courroies. En dehors des dispositifs mécaniques simples, d'autres dispositifs vibratoires, en particulier des dispositifs à ultrasons, peuvent être utilisés.

On décrira maintenant, à titre d'exemple et en se référant aux dessins annexés, un mode de mise en œuvre du procédé selon l'invention pour la fabrication d'une plaque de plâtre hydraté à faces garnies de fibres minérales.

Dans les dessins:

la fig. 1 est une vue latérale schématique d'un appareil de fabrication de plaque de plâtre hydraté, et

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la fig. 2 est une coupe schématique (non à l'échelle) de la plaque produite.

Comme on le voit à la fig. 1, de l'eau 10, du plâtre de gypse ß-hém/hydraté 1I, avec les additifs usuels et jusqu'à 3% de fibres de verre 12, coupées à la longueur désirée, sont introduits dans un mélangeur 13 comprenant un transporteur à courroies formant une auge, et des agitateurs 15, dans les proportions usuelles, et sont déchargés continuellement du mélangeur sous la forme d'une pâte uniforme.

Si la proportion de fibres de verre coupées dans l'âme doit être plus faible ou nulle, il n'est pas nécessaire d'utiliser le mélangeur 13 à auge. Il peut être remplacé par un simple mélangeur à vis ou par un mélangeur à plaque rotative du type Ehrsam, 13a, qui décharge sur la nappe 21 à travers une goulotte 13b.

Un voile de fibres de verre 17, provenant d'un rouleau 18, est posé sur la surface supérieure du brin de retour d'une courroie 19 d'un transporteur de support supérieur. Un second voile de verre 21 est amené à partir d'un rouleau 22 sur la surface d'une courroie 23 d'un transporteur de support inférieur. Les courroies de ces transporteurs peuvent être formées de polypropylène et sont pourvues de laveurs respectifs 24 et 25. Elles sont entraînées dans les directions des flèches. Des tronçons de courroie à section carrée, fixés le long des bords latéraux de la courroie inférieure 23 servent à retenir la pâte et à déterminer la largeur de la plaque, comme décrit plus loin.

La pâte de plâtre fournie par le mélangeur 13 forme un barrage

26 entre les courroies convergentes 19 et 23 et les couches de voile 21 et 24, à l'entrée de l'espace compris entre les deux transporteurs de supports. A l'entrée, les courroies passent sur des vibreurs respectifs

27 et en contact avec eux. Ces vibreurs peuvent par exemple prendre la forme d'arbres à sections carrées, tournant à une vitesse suffisante comme indiqué, par exemple à environ 1000/min. La vibration communiquée par les vibreurs 27 à travers les courroies de support noie les voiles 21 et 24 dans les surfaces respectives de la pâte, qui pénètre à travers les voiles en formant des films continus en contact avec les courroies de support sur les deux faces de l'assemblage de l'âme et des voiles.

L'assemblage composite, maintenu entre les courroies 21 et 24, passe ensuite sous un rouleau 28, qui en règle l'épaisseur et, au moment où il atteint l'extrémité des transporteurs, le plâtre est suffisamment pris, après quoi la plaque 29 qui en résulte est divisée en longueurs et passée dans un séchoir continu, de la manière usuelle.

Le résultat est une plaque de plâtre hydraté ayant une âme 31 de nature usuelle et des couches superficielles lisses 32, d'une épaisseur minime, mais de densité supérieure, recouvrant les voiles fibreux 33. Le renforcement par les voiles fibreux est concentré dans la surface et confère à la plaque le maximum de résistance réalisable avec un poids donné de fibres par unité de surface de la plaque. Les couches superficielles denses et dures 32 confèrent un degré de finition élevé aux surfaces de la plaque. Dans un exemple typique de plaque produite de la manière décrite, une plaque de plâtre de 9 mm d'épaisseur nominale a été revêtue de voiles liés par une résine urée/formal-déhyde, d'un poids de 60 g/m2, formés à partir de fibres de verre de 13 n de diamètre. Avec une âme contenant 0,3% en poids de fibres de verre coupées (une caractéristique facultative), le module de rupture de la plaque a été de 7,3 N/mm2 tant dans la direction longitudinale que dans la direction transversale.

La plaque produite conformément à l'invention présente une surface compacte, dont la structure a été étudiée microscopique-ment.

Les micrographies au microscope électronique à balayage révèlent que la couche superficielle de gypse, qui se trouve au-dessus de la nappe de fibres de verre noyées et qui a été formée par pénétration de la pâte à travers la nappe sous l'influence de la vibration, est dense et est formée d'une peau externe fortement compactée et d'une région moins compactée, comprise entre cette peau externe et la nappe de fibres de verre. Par contre, l'âme est plus poreuse, tandis que le gypse se trouvant immédiatement en dessous du niveau de la nappe est aussi relativement poreux et ressemble à l'âme plutôt qu'à la couche superficielle.

Dans le cas d'une plaque particulière, produite comme décrit dans l'exemple ci-dessus, les micrographies au microscope électronique à balayage et les mesures quantitatives ont montré que ladite couche superficielle recouvrant la nappe de fibres de verre a une épaisseur de 0,17 mm et que ladite peau externe fortement compactée, qui fait partie de cette couche, a une épaisseur de 0,03 mm. La densité de la partie externe de 0,1 mm de la couche superficielle (un échantillonnage d'une partie plus mince n'étant pas possible) était de 1,158 g/cm3, la densité de ladite peau externe étant donc encore supérieure. D'autres mesures de densité, pratiquées sur la même plaque, ont donné les résultats suivants:

densité d'une section de 1,7 mm d'épaisseur immédiatement en dessous de la nappe de fibres de verre: 1,096 g/cm3 ;

densité d'une section de 1,9 mm d'épaisseur dans le centre de l'âme: 1,095 g/cm3;

densité d'une section de 0,66 mm d'épaisseur à partir de l'extérieur de la plaque et comprenant la nappe de fibres et la peau externe: 0,983 g/cm3;

densité de la section de 0,66 mm d'épaisseur ci-dessus avec la peau externe enlevée (c'est-à-dire une section de 0,63 mm d'épaisseur): 0,946 g/cm3 (la densité du gypse dans la région de la nappe de fibres de verre est donc inférieure à celle de l'âme environnante);

densité du plâtre hydraté dans la région de la nappe de fibres de verre (déterminée en dissolvant le gypse dans de l'acide chlorhydri-que à 20% et en corrigeant pour les effets de l'acide sur les fibres de verre): 0,995 g/cm3.

Les valeurs ci-dessus de densité sont à comparer à la densité de l'âme des plaques de plâtre classiques, qui est de 0,86 g/cm3.

On comprendra que, bien que la densité et la porosité du liant hydraulique durci varient lorsqu'on passe de la surface extérieure à l'âme des plaques conforme à l'invention, et bien que l'on se réfère à différentes couches ou sections de la plaque (par exemple couche ou film superficiel, peau externe, âme), une plaque conforme à l'invention est globalement un article intégré, le liant hydraulique durci (par exemple le plâtre hydraté) formant une matrice continue et intégrée, s'étendant d'une face à l'autre à travers la nappe fibreuse perméable. Le terme âme est utilisé ici pour désigner non seulement la section centrale d'une plaque comportant la nappe fibreuse perméable dans ses deux régions superficielles principales opposées, mais également la section équivalente d'une plaque comportant la nappe fibreuse perméable dans l'une de ces régions superficielles.

Comme mentionné précédemment, la nappe perméable fibreuse comprend de préférence des fibres minérales, les fibres de verre étant actuellement les plus indiquées.

Au moins un agrégat de perlite, de vermiculite et de résine urée/ formaldéhyde peut être inclus dans le mélange destiné à la formation de l'âme: un tel additif ne pénètre généralement pas dans la nappe perméable.

Les plaques de l'invention n'ont pas nécessairement des densités aussi hautes que celles de l'exemple ci-dessus, bien que la variation de densité suive généralement un mode similaire.

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REVENDICATIONS

1. Procédé de fabrication d'une plaque de construction, caractérisé en ce que l'on met une nappe fibreuse perméable en contact avec une ou avec les deux faces d'une couche d'une pâte aqueuse contenant un liant hydraulique minéral, en ce qu'on maintient la pâte et la nappe assemblées entre des surfaces de support, en ce qu'on fait vibrer la ou les surfaces de support en contact avec la nappe jusqu'à ce que la pâte pénètre à travers la nappe et que la nappe soit complètement noyée dans la face respective de la pâte.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on fait avancer la nappe sur une surface de support inférieure, puis en ce qu'on applique sur la nappe la couche de pâte et on la recouvre d'une seconde nappe fibreuse perméable, de telle sorte que le liant constitue l'âme de la plaque, l'assemblage passant ensuite sous une seconde surface de support, et en ce qu'on fait avancer la structure assemblée de la plaque entre les surfaces de support tout en soumettant les régions appropriées des surfaces à une vibration.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les surfaces de support sont des courroies souples et sont mises en vibration par une action mécanique appliquée sur leurs faces éloignées de la pâte.
4. Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que l'on imprègne la nappe d'un agent imperméabilisant ou renforçant avant de l'appliquer sur la pâte.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la nappe perméable est formée de fibres minérales, de préférence un voile de fibres de verre non tissées, liées par une résine.
6. Plaque de construction obtenue conformément au procédé selon la revendication 1, comprenant une âme contenant un liant hydraulique minéral durci, une nappe fibreuse perméable noyée dans au moins une face de l'âme, et un film continu de liant hydraulique minéral durci ayant une densité supérieure et une porosité inférieure à celles de l'âme, s'étendant sur la face externe de la nappe.
7. Plaque de construction selon la revendication 6, caractérisée en ce que la nappe perméable comprend des fibres minérales.
8. Plaque de construction selon la revendication 7, caractérisée en ce que les fibres minérales comprennent des fibres de verre, la nappe perméable étant de préférence un voile de fibres de verre non tissées, liées par une résine.
9. Plaque de construction selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisée en ce que le film continu comprend une peau externe de densité supérieure et de porosité inférieure à celles du reste du film.
10. Plaque de construction selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisée en ce que le liant hydraulique minéral durci s'étend sur toute l'épaisseur, et entre l'âme et le film, sous la forme d'une matrice intégrée.