CH666734A5 - Procede d'obtention d'un produit fibreux mineral pour l'isolation thermique de tuyaux vehiculant des fluides surchauffes. - Google Patents
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Description
DESCRIPTION
La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un produit fibreux minéral de composition spéciale pour l'isolation thermique de tuyaux qui véhiculent des fluides surchauffés, notamment des fluides présentant une température supérieure à 400° C et son utilisation.
D'une manière connue, pour la production de produits fibreux minéraux pour l'isolation thermique, on imprègne des fibres minérales avec un liant directement après leur fabrication à partir du matériau fondu, et on les comprime avant que la nappe de fibres minérales ne durcisse.
Des nappes de fibres minérales de cet art peuvent être utilisées directement pour l'isolation thermique, par exemple pour le man-chonnage des tuyaux qui véhiculent des fluides surchauffés.
De tels produits fibreux minéraux, qui contiennent usuellement des produits de condensation phénolformaldéhyde comme liant, ne peuvent toutefois être utilisés qu'en dessous de températures spécifiques, sinon ils sont détruits par une oxydation relativement rapide.
Dès que cette température limite est franchie, un intense dégagement de chaleur apparaît dans les produits fibreux minéraux qui alors se colorent. Il se forme par conséquent d'abord sur les surfaces des produits fibreux minéraux des zones sombres qui sont attribua-bles à l'oxydation à cet endroit. Une augmentation plus importante de la température conduit à une destruction totale du liant dans le produit fibreux minéral qui peut aller tellement loin que les fibres fondent et qu'il se forme des cavités dans la substance isolante. La solidité du produit fibreux minéral disparaît ainsi, avec pour conséquence que la partie inférieure du produit fibreux minéral qui entoure les tubes s'affaisse et qu'ainsi l'effet d'isolation thermique est supprimé.
Ce processus, selon lequel la solidité du produit fibreux minéral disparaît en raison de l'oxydation du liant, est décrit par le terme «punking» dans la littérature anglaise. Une définition de cette notion est donnée, par exemple, dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique Nos 3 223 668 et 4 294 879, dans lesquels des mélanges de résine phénolformaldéhyde avec du dicyandiamide ou des résines uréeformaldéhyde sont toutefois décrits. Les produits fibreux minéraux connus d'après les derniers brevets cités ne sont cependant pas complètement exempts de punking et les températures autorisées peuvent plutôt être plus élevées ou bien l'épaisseur du produit fibreux minéral peut être accrue, sans que toutefois l'effet indésirable du punking soit écarté.
On utilise aussi largement des produits fibreux minéraux traités à l'aide d'un liant de mélaminefonnaldéhyde. Ces produits présentent une meilleure tenue au feu que les produits fibreux minéraux durcis avec une résine phénolformaldéhyde mais ne peuvent toutefois pas être employés pour l'isolation thermique de tuyaux véhiculant des fluides surchauffés car avec une résine de mélaminefonnaldéhyde, seul le procédé de trempage de la nappe de fibres minérales peut être utilisé, procédé qui ne permet ni le compactage ni le façonnage en formes définies et qui est donc de fait inadapté à la fabrication de gaines tubulaires.
Si on enroule une nappe de fibres minérales autour de tuyaux entre les différentes nappes, des intervalles de températures différentes se forment, de sorte qu'aucune isolation thermique efficace n'est obtenue. De plus, les nappes usuelles fléchissent souvent, de sorte qu'entre d'une part les nappes et d'autre part les tuyaux, des cavités se forment qui contribuent à la convection thermique, ce qui est très indésirable du point de vue isolation thermique.
Toutefois, il est connu du brevet DE-AS-1271666 une nappe de fibres minérales contenant comme liant des produits de condensation mélamineformaldéhyde. Des produits fibreux minéraux décrits n'ont été utilisés que pour de l'isolation thermique usuelle de sorte que devaient être évités les inconvénients résultant de l'emploi de matelas de fibres avec résines phénoliques, à savoir l'inflammation facile, la couleur sombre, l'odeur désagréable de phénol et les pertes de rigidité sous l'influence de l'humidité atmosphérique. Dans ce brevet, ces produits fibreux minéraux contenant comme liant des produits de condensation mélamineformaldéhyde ne sont pas décrits comme pouvant être utilisés pour l'isolation thermique de tuyaux véhiculant des fluides surchauffés.
L'invention a pour but de fournir un produit fibreux minéral qui puisse être utilisé à haute température en particulier à des températures supérieures à 400° C, sans que puisse être constaté de comportement punking.
D'une façon surprenante, il a été constaté que des produits fibreux minéraux — qui ont été traités avec une solution aqueuse d'un condensé de mélamineformaldéhyde qui est éthérifié avec un alcool aliphatique de 1 à 4 atomes de carbone — peuvent être utilisés pour l'isolation thermique de tuyaux véhiculant des fluides surchauffés, en particulier de fluides présentant des températures supérieures à 400° C.
Parmi les produits fibreux minéraux décrits du brevet DE-AS-1271 666, ceux traités avec une résine précondensée de mélamineformaldéhyde totalement éthérifiée peuvent être employés selon l'invention pour l'isolement thermique de tuyaux véhiculant des fluides surchauffés.
Il a pu être constaté que les produits fibreux minéraux utilisés selon l'invention ne présentent pas de comportement punking, c'est-à-dire que le liant contenu dans les produits fibreux minéraux n'est pas détruit même quand on recouvre des tuyaux dans lesquels circulent des fluides à plus de 400° C, voire 500° C.
Une analyse précise d'un produit fibreux minéral de l'art a montré que le liant au contact direct du tuyau était vaporisé et avait sublimé dans le produit fibreux minéral, ainsi il n'y a de diminution ni de la stabilité de la forme, ni des propriétés d'isolation du produit fibreux minéral selon l'invention, et en conséquence, grâce à ce comportement surprenant, pour la première fois est proposé un produit
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fibreux minéral qui peut être utilisé à une température supérieure à 400° C. Cela n'est pas possible avec les produits fibreux minéraux usuels de l'état de la technique, même avec ceux traités avec d'autres liants.
De plus, il est possible que les nappes de fibres minérales traitées par les produits de précondensation mélamineformaldéhyde soient travaillées sans qu'un durcissement prématuré du produit soit à craindre. Ainsi une telle nappe non encore durcie peut être enroulée sur un mandrin perforé et tranformé en une gaine tubulaire, de l'air chaud pouvant être admis par ce mandrin perforé de manière connue jusqu'à ce que la condensation complète du liant soit atteinte. Spécialement dans le cas des gaines tubulaires qui sont utilisées de préférence pour l'isolation thermique de tuyaux véhiculant des fluides chauds, il est apparu de façon surprenante que les produits fibreux minéraux traités à l'aide des produits de précondensation conformes à l'invention sont exempts de punking, c'est-à-dire qu'il n'y a aucune oxydation rapide du liant avec destruction par la chaleur.
D'autres particularités, avantages et formes de réalisation sont illustrés dans la description faite ci-après avec référence aux exemples.
Dans les dessins:
— la figure 1 est une vue en coupe dans une gaine tubulaire exempte de punking;
— la figure 2 est une représentation graphique de l'évolution du temps de gélification des résines de mélamine;
— la figure 3a est une représentation graphique de la mesure du punking d'une plaque de fibres minérales conforme à l'invention, et
— la figure 3b est une représentation graphique d'une mesure du punking d'une plaque de fibres minérales durcies d'une résine phé-nolique.
Les produits de précondensation mélamineformaldéhyde à utiliser conformément à l'invention répondent à la formule:
E
R
jsr
E
k
\
E
20
25
Y
U
R/XR
où R représente H ou — CR'OR' et R' représente H ou un radical alkyle inférieur.
La molécule de mélamine est condensée avec le formaldéhyde dans un rapport molaire de 1:1,5 à 1:4, de préférence de 1:1,8 à 1:3 et en particulier de 1:2 à 1:2,5.
Par conséquent, dans la forme de réalisation préférée, le radical R consiste pour environ la moitié en le radical — CR'OR', tandis que la fraction restante de R consiste en H.
Cette hydroxyméthylmélamine (avec R' = H) est toutefois très active en solution aqueuse et ne convient pas pour la pulvérisation sur des fibres minérales chauffées dans la hotte en raison du temps de gélification très bref indiqué à la figure 2.
Il est toutefois apparu que l'éthérification spéciale conforme à l'invention de cette hydroxyméthylmélamine peut augmenter le temps de gélification au point que les produits mélamineformaldéhyde ainsi utilisés dans la forme partiellement éthérifiée se prêtent même à la pulvérisation sur des fibres minérales dans la hotte.
Conformément à l'invention, le rapport d'éthérification est donc avantageusement de 20 à 100% et en particulier d'environ 40 à 65%. Par conséquent, dans la forme de réalisation préférée, 40 à 65% des radicaux OH sont éthérifiés par un alcanol inférieur, tandis que la fraction résiduelle reste non éthérifiée, c'est-à-dire que R' représente H.
Entrent en ligne de compte comme radicaux alkyles inférieurs les radicaux méthyle, éthyle, propyle ou butyle, parmi lesquels le radical méthyle est préféré. Par conséquent, le méthanol est utilisé de préférence comme agent d'éthérification avec les produits de précondensation mélamineformaldéhyde partiellement condensés, de sorte qu'une méthoxyméthylmélamine partiellement éthérifiée est obtenue. 5 Les produits de précondensation conformes à l'invention constituent un liquide limpide ayant des propriétés faiblement visqueuses et présentent un pH d'environ 9-10.
La solution aqueuse présente avantageusement une teneur en solides de 30 à 80% et avantageusement de 50 à 75% et est miscible 10 en toute proportion avec de l'eau froide.
Cette solution est en outre susceptible de conservation pendant au moins 6 mois pour autant qu'elle ne se trouve pas combinée avec des donneurs de protons, comme des acides ou des sels d'ammonium d'acides minéraux forts, et ne soit par ailleurs pas chauffée. De tels 15 produits de précondensation peuvent être soit préparés extempora-nément à partir des matières premières appropriées, comme la mêla-mine, le formaldéhyde et avantageusement le méthanol, soit être utilisés sous la forme de produits déjà préparés.
La préparation des produits de précondensation mélamineformaldéhyde conforme à l'invention qui sont éthérifiés est effectuée de manière classique. A cet effet, par exemple, de la mélamine est d'abord chauffée dans une solution aqueuse de formaldéhyde dans les rapports molaires indiqués ci-dessus à des températures d'environ 50-90° C et à un pH d'environ 7,5 à 10. Cette réaction peut durer jusqu'à 30 minutes. Ensuite la solution obtenue est avantageusement acidifiée et éthérifiée à l'aide de l'alcanol approprié, avantageusement à l'état chauffé, dans les quantités molaires indiquées ci-dessus.
A la figure 2, l'évolution du temps de gélification d'une résine mélamineformaldéhyde A éthérifiée partiellement conformément à l'invention est comparée à celle d'une résine B non éthérifiée mais par ailleurs identique.
L'évolution de gélification constitue ainsi une mesure de la possibilité de transformation de la résine à des revendications déterminées, le temps de gélification diminuant à mesure que la température s'élève du fait que la vitesse de condensation augmente aussi.
Pour pouvoir travailler des fibres minérales à l'état chauffé, c'est-à-dire dans la hotte, le temps de gélification doit être supérieur à 7 à 8 minutes et de préférence de 10 à 12 minutes, à environ 115° C. Comme il ressort de la figure 2, le temps de gélification pour une résine ordinaire non éthérifiée B tombe notablement au-dessous de cette valeur avec environ 3 à 4 minutes et n'est donc pas exploitable. Une telle résine conduit donc à un produit fibreux minéral qui est 45 déjà complètement durci au sortir de la hotte.
Au contraire, la résine partiellement éthérifiée A conforme à l'invention, telle qu'elle est livrée, par exemple, par la société Hoechst AG sous la dénomination T 3102, présente un temps de gélification sensiblement accru qui ne diminue notablement qu'à partir de 50 135° C. Cette résine convient donc particulièrement bien pour la pulvérisation sur des fibres minérales tombant dans une hotte et dont la température est normalement inférieure à 135° C.
Surprenant est aussi le fait que les fibres minérales chaudes traitées peuvent recevoir une pulvérisation d'une solution aqueuse de 55 liant, à base d'une résine mélamine éthérifiée, qui perd son eau par évaporation et dont les solides sont par conséquent précipités sans réticulation sur les fibres minérales, alors que les résines non éthéri-fiées durcissent immédiatement dans la hotte. Lorsque la réaction est conduite de manière que l'humidité résiduelle des fibres ainsi traitées 60 par pulvérisation soit négligeable, il est possible de recueillir à la sortie de la hotte un produit fibreux minéral obtenu de cette façon, c'est-à-dire un produit minéral fibreux non cohérent, ayant reçu par pulvérisation le produit de précondensation mélamineformaldéhyde éthérifié partiellement conformément à l'invention, et qui ne doit 65 plus être soumis à un traitement ultérieur à un poste de travail. On sait que les produits de précondensation de formaldéhyde habituels, en particulier ceux à base de phénol, durcissent peu de temps après la pulvérisation sur les fibres chauffées dans la hotte et doivent
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ensuite être soumis au compactage à un stade du procédé et amenés à passer par un poste de durcissement.
Bien qu'un tel traitement ne doive pas être exécuté conformément à l'invention, il est toutefois préféré du point de vue des techniques de fabrication.
Pour la pulvérisation sur les fibres minérales décrites ci-après, le liquide limpide contenant le produit de précondensation conforme à l'invention et ayant la haute teneur en solide indiquée ci-dessus est dilué avec de l'eau de manière que la fraction de liant dans le produit fibreux minéral durci se situe dans une proportion de 2 à 10 et de préférence de 3 à 6% en poids. Par conséquent, on utilise une solution aqueuse qui présente une teneur en solides d'au moins 5 et de préférence de 10 à 12% en poids.
Avantageusement, cette solution est additionnée d'auxiliaires d'adhérence connus, par exemple à base d'aminosilanes. A cette fin, on utilise ces intermédiaires d'adhérence en une quantité d'environ 0,1 à 0,3% et de préférence de 0,2 à 5% en poids, sur la base de la résine solide.
En outre, ces solutions peuvent contenir avec avantage un catalyseur qui augmente la vitesse de la réaction de polycondensation. A cette fin, on utilise avantageusement des agents dégageant un acide (donneurs de proton), par exemple du chlorure d'ammonium, dont la proportion, à nouveau sur la base de la résine solide, peut être d'environ 0,5 à 2% en poids.
Si le pH de cette solution devait se modifier, il serait avantageusement ajusté au moyen d'ammoniaque à une valeur d'environ 9 à 10, afin de ne pas augmenter la vitesse de réaction.
Une solution de liant ainsi préparée, qui contient le produit de précondensation mélamineformaldéhyde partiellement éthérifié, est apportée aux fibres minérales qui tombent par la hotte qui s'étend depuis le poste de fibrage jusqu'à la ligne de fabrication de la nappe de fibres minérales.
La fabrication des fibres minérales est effectuée d'une manière connue, selon laquelle les matières premières minérales habituelles sont utilisées, par exemple des roches silicatées, des mélanges vitrifia-bles ou des laitiers métallurgiques, qui sont fondus dans des fours à bassin de verrerie ou des cubilots.
Bien qu'un tel traitement ne doive pas être exécuté conformément à l'invention, il est toutefois préféré du point de vue des techniques de fabrication.
Pour la pulvérisation sur les fibres minérales décrites ci-après, le liquide limpide contenant le produit de précondensation conforme à l'invention et ayant la haute teneur en solide indiquée ci-dessus est dilué avec de l'eau de manière que la fraction de liant dans le produit fibreux minéral durci se situe dans une proportion de 2 à 10 et de préférence de 3 à 6% en poids. Par conséquent, on utilise une solution aqueuse qui présente une teneur en solides d'au moins 5 et de préférence de 10 à 12% en poids.
Avantageusement, cette solution est additionnée d'auxiliaires d'adhérence connus, par exemple à base d'aminosilanes. A cette fin, on utilise ces intermédiaires d'adhérence en une quantité d'environ 0,1 à 0,3% et de préférence de 0,2% en poids, sur la base de la résine solide.
En outre, ces solutions peuvent contenir avec avantage un catalyseur qui augmente la vitesse de la réaction de polycondensation. A cette fin, on utilise avantageusement des agents dégageant un acide (donneurs de proton), par exemple du chlorure d'ammonium, dont la proportion, à nouveau sur la base de la résine solide, peut être d'environ 0,5 à 2% en poids.
Si le pH de cette solution devait se modifier, il serait avantageusement ajusté au moyen d'ammoniaque à une valeur d'environ 9 à 10, afin de ne pas augmenter la vitesse de réaction.
Une solution de liant ainsi préparée, qui contient le produit de précondensation mélamineformaldéhyde éthérifié, est apportée aux fibres minérales qui tombent par la hotte qui s'étend depuis le poste de fibrage jusqu'à la ligne de fabrication de la nappe de fibres minérales.
La fabrication des fibres minérales est effectuée d'une manière connue, selon laquelle les matières premières minérales habituelles sont utilisées, par exemple des roches silicatées, des mélanges vitrifia-bles ou des laitiers métallurgiques, qui sont fondus dans des fours à 5 bassin de verrerie ou des cubilots.
Les fibres minérales elles-mêmes sont fabriquées de manière connue suivant le procédé d'étirage centrifuge, d'étirage par soufflage ou d'étirage mécanique à travers des filières. Les fibres ainsi obtenues tombent à l'état encore chaud à travers la hotte ou une io chambre dite de collecte et y reçoivent la pulvérisation de la solution aqueuse de liant, comme indiqué précédemment. La pulvérisation provoque une évaporation de l'eau contenue dans la solution de liant. L'évaporation elle-même est conduite en fonction de l'application envisagée pour les fibres traitées et dépend sous ce rapport es-15 sentiellement de la quantité de chaleur disponible qui est nécessaire pour évaporer l'eau.
Lorsque les fibres minérales doivent subir un traitement succédant à la pulvérisation du liant, c'est-à-dire doivent être compactées et ensuite durcies par chauffage, les fibres minérales traitées par pul-20 vérisation doivent avoir encore une certaine teneur en humidité résiduelle parce que, sinon, la polycondensation des produits de précondensation mélamineformaldéhyde éthérifiés conformes à l'invention ne conduirait pas au collage des fibres souhaitées. L'humidité résiduelle dans les fibres minérales est avantageusement de 1 à 10% et 25 en particulier de 3 à 5% en poids, sur la base des fibres minérales.
Quand on dispose de fibres minérales portant un produit de précondensation mélamineformaldéhyde éthérifié conforme à l'invention sensiblement sèches, c'est-à-dire qui ne sont plus réactives, il est possible de rétablir l'aptitude à la polycondensation en pulvérisant 30 sur les fibres minérales de l'eau selon les quantités indiquées précédemment. En conséquence, des fibres minérales à l'état chauffé peuvent recevoir en pulvérisation une solution aqueuse de liant sans que le liant sensiblement sec durcisse à la suite de la pulvérisation et de l'évaporation de l'eau. Un fait particulièrement surprenant est ce-35 pendant, comme déjà indiqué, que l'aptitude à la polycondensation puisse être restituée par simple pulvérisation d'eau sur les fibres minérales portant le liant. Il est de la sorte possible de conserver un feutre demi-fini et de l'insérer dans un procédé de fabrication pour la production de certaines pièces après arrosage à l'eau. En outre, il est 40 possible de fabriquer à l'aide d'un tel produit des pièces stratifiées qui sont constituées par des nappes de fibres minérales différentes, c'est-à-dire des nappes de fibres minérales qui ont été traitées, par exemple à l'aide du liant conforme à l'invention et d'un liant qui en est différent, comme un produit de précondensation phénolformal-45 déhyde. Dans un tel cas, la nappe de fibres minérales imprégnées de résine phénolique est fabriquée en ligne, tandis que le produit fibreux minéral portant la résine mélamineformaldéhyde partiellement éthérifiée conforme à l'invention peut être prélevé sur stock et arrosé d'eau sur la ligne de fabrication. Les opérations de fabrica-50 tion habituelles pour la densification des fibres minérales et le durcissement ultérieur de ces fibres compactées succèdent.
Les produits fibreux minéraux fabriqués suivant l'invention sont soumis, après la pulvérisation dans la hotte, à une opération de densification, au cours de laquelle les fibres libres sont compactées en 55 une nappe de fibres minérales. La densification est effectuée avec un facteur de 1:4 à 1:6. Les produits fibreux minéraux obtenus ont donc avantageusement, suivant l'invention, une masse volumique apparente de 10 à 200 et en particulier de 80 à 120 kg/m3.
La densification elle-même est effectuée de manière classique déjà 60 dans la hotte et ensuite sur une bande transporteuse perforée, de puissants courants d'air étant aspirés de la manière habituelle à travers le feutre brut.
Au traitement de densification dans un poste de densification succède un traitement de durcissement dans un poste de durcisse-65 ment classique, selon lequel on utilise habituellement des fours-tunnels de durcissement dans lesquels non seulement une densification mais aussi un chauffage de la nappe de fibres minérale portant le liant sont exécutés.
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Comme il ressort de la figure 2, il faut une température d'au moins environ 135° C pour amorcer la polycondensation. Avantageusement, la température se situe dans un intervalle de 180-250° C au poste de durcissement.
Lors du durcissement, l'eau qui se trouve encore dans les fibres est d'abord évaporée, tandis que s'amorce la polycondensation complète, qui est achevée en une durée relativement brève dans l'intervalle de températures préféré indiqué ci-dessus.
De façon particulièrement avantageuse, les produits fibreux minéraux conformes à l'invention qui ne sont pas encore durcis sont tranformés en une gaine tubulaire qui est représentée à titre d'exemple à la figure 1.
La figure 1 représente une gaine tubulaire 10 faite du produit fibreux minéral fabriqué conformément à l'invention, qui contient comme liant la résine mélamineformaldéhyde éthérifiée sous forme polycondensée. La gaine tubulaire 10 entoure un tube 12 dans lequel sont transportés des fluides chauds. Du fait que ces fluides peuvent présenter des températures supérieures à 400° C, les fibres minérales doivent être exemptes de punking, c'est-à-dire que la matière isolante fibreuse minérale consolidée par un liant utilisée pour l'isolation thermique ne peut subir de perte de structure due à l'oxydation du liant amorcée par l'action de la chaleur.
Ce comportement antipunking des gaines tubulaires fabriquées conformément à l'invention est décrit ci-après et illustré à la figure 3.
La gaine tubulaire elle-même est fabriquée de manière connue, par exemple suivant le procédé du brevet DE OS 2 520 462. Dans ce procédé de fabrication, la nappe de fibres minérales non encore durcie est enroulée sur une broche chauffée et les coquilles ainsi obtenues sont apportées directement dans une chambre chaude, où sur toute la surface on assure le passage libre des gaz chauds pour garantir une polymérisation uniforme, grâce à un mandrin tubulaire perforé qui est raccordé à ses extrémités à une conduite d'admission. Un fluide chauffé, avantageusement de l'air, est amené par cette conduite d'admission et en contact avec la nappe de fibres minérales enroulée et y déclenche la polycondensation. De la sorte, les intervalles de températures mentionnés ci-dessus sont entretenus pour le traitement de durcissement.
Comme déjà indiqué, une gaine tubulaire fabriquée de la sorte à partir d'un produit minéral fibreux conforme à l'invention peut être utilisée pour l'isolation thermique de conduites véhiculant un fluide à température élevée.
Comme le montre la figure 3, une plaque de fibres minérales produite conformément à l'invention est exempte de punking, tandis qu'une plaque de fibres minérales traitée à l'aide d'un liant habituel à base de résine phénolique est détruite après environ 5 heures.
Pour l'expérience illustrée par la figure 3, on utilise une plaque de fibres minérales ayant une masse apparente de 80 kg/m3 et une épaisseur de 30 cm. Cette plaque de fibres minérales présente, dans chaque cas, une teneur en liant de 4% en poids, mais diffère par la nature du liant.
On exécute la mesure du punking en déposant la plaque de fibres minérales sur une plaque chauffante, dont on maintient la température constante à la température d'épreuve, par exemple 500° C. A des distances de 20 mm (pour la plaque de fibres minérales à liant de résine phénolique suivant la figure 3b) ou de 40 mm (pour la plaque de fibres minérales à liant de résine de mélamine de la figure 3a), on insère des capteurs de température dans les plaques de fibres minérales. On reporte ensuite la température mesurée en fonction de la durée d'épreuve.
La mesure, dont le résultat est présenté à la figure 3, commence au moment où la plaque de fibres minérales est posée sur la laque chauffante chaude.
La figure 3a comprend plusieurs courbes, qui sont numérotées 1 à 9. La courbe 1 représente la température de la plaque chauffante, tandis que les courbes 2-8 représentent la température dans la plaque de fibres minérales en fonction de la distance jusqu'à la plaque chauffante, comme expliqué précédemment. La courbe 9 est représentative en outre de la température superficielle de la plaque de fibres minérales.
A la figure 3b, par contre, les distances entre les différents capteurs de température, comme expliqué précédemment aussi, sont plus petites, la courbe 1 indiquant à nouveau la température de la plaque chauffante, tandis que les courbes 2 à 17 indiquent la température entre les différents points de mesure. La courbe 18 indique à nouveau la température superficielle de la plaque de fibres minérales.
Il ressort d'une comparaison des figures 3a et 3b que la figure 3b révèle au début de la mesure, à savoir après environ 2 à 5 heures, une augmentation marquée, avec finalement des températures de crête d'environ 860° C, soit 360° C au-delà de la température de la plaque chauffante. La réaction exothermique qui se développe ainsi est attribuable au punking, c'est-à-dire à l'oxydation du liant.
Au contraire, une telle élévation de température n'a pas lieu dans une plaque de fibres minérales à liant de résine de mélamine suivant la figure 3a. Cette plaque, au contraire de la plaque de fibres minérales rendues cohérentes par la résine phénolique, se prête donc à l'utilisation sur des tuyaux et autres parties d'appareillage qui se trouvent à des températures élevées, par exemple 400-550° C.
Le temps qui est reporté à la figure 2 indique quand et à quelle température la résine passe de l'état liquide à l'état gélifié et est qualifié généralement de temps de gélification.
Ce temps de gélification est mesuré de la manière suivante.
La résine est condensée plus complètement dans un récipient en verre à une température prescrite. Les modifications de viscosité de l'échantillon de résine examiné qui se manifestent ainsi sont déterminées au moyen de l'énergie consommée par une sonde tournante. Lorsqu'une viscosité limite préalablement imposée, qui est le point de gélification, a été atteinte, la mesure est terminée et la durée depuis le début de la gélification jusqu'à la fin de l'essai est automatiquement notée.
On utilise comme appareil de mesure un appareil pour la mesure du temps de gélification de type DiA-RVN de la société Bachofer, Reutlinge, qui comporte une sonde tournante pour un intervalle de viscosité d'environ 50 à 70 000 mPa. Cet appareil de mesure est réglé à une température déterminée, qui est maintenue constante pendant la durée de mesure.
Une courbe de viscosité mesurée présente habituellement d'abord un domaine à viscosité constante, qui est attribuable à l'évaporation du solvant résiduel. A ce domaine succède un domaine où la viscosité augmente de manière continue, qui se termine à 100% de la course, en l'occurrence à une viscosité de 70 000 mPa et davantage. Le temps du début de l'augmentation jusqu'à la fin de la mesure est considéré comme étant le temps de gélification.
Les valeurs mesurées du temps de gélification sont reportées en fonction de la température de mesure à la figure 2 et représentent ainsi l'évolution de la condensation qu'il faut prévoir pour la résine en question en fonction de la température choisie.
Ce qui est à considérer comme particulièrement surprenant dans la figure 2 est le fait que le produit de précondensation mélamineformaldéhyde partiellement éthérifié utilisé suivant l'invention présente à 135° C et au-dessous un temps de gélification pratiquement infini, c'est-à-dire qu'il n'est plus susceptible de polycondensation au-dessous de cette température. D'autre part, cette propriété diminue très rapidement au-delà de cette température critique. De la sorte, le produit de précondensation conforme à l'invention peut être soumis à la polycondensation déjà à des températures de 160° C et davantage.
Le point de départ de l'invention était le développement de coquilles en fibres minérales qui devaient être utilisées pour l'isolation thermique à haute température. Ces coquilles doivent entourer des tuyaux dans lesquels circulent des fluides à 400° C ou plus.
Dans ce but, il était nécessaire de développer des coquilles de fibres minérales dans lesquelles le liant organique usuel ne se détruisait pas totalement par auto-inflammation. Il fallait donc créer un produit fibreux minéral exempt de punking à plus de 400° C.
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On a effectué une série d'essais: des fibres minérales ont été traitées de la manière habituelle avec les mêmes quantités de liant. Les compositions de liant utilisées sont mentionnées ci-après:
a) — 40% en poids de résine phénolique
— 30% en poids d'urée
— 30% de produits de précondensation dicyandiamide formaldéhyde
Une coquille ainsi fabriquée ne présente pas de comportement punking pour une température inférieure à 350° C, mais est compiè- 10 tement détruite pour des températures supérieures.
b) — 45% en poids de résine phénolique
— 45% en poids d'urée
— 10% en poids d'acide borique
Les coquilles fabriquées avec ce liant présentent une résistance mécanique insuffisante et ne peuvent être utilisées.
c) Résine phénolique pure ou résine phénolique modifiée avec de l'urée et solutions aqueuses d'acide silicilique colloïdal avec du sili- 2Q cate de sodium ou de potassium, neutralisées avec des sels acides d'aluminium, des phosphates ou des borates.
La préparation du liant à été rendue très difficile en raison de l'instabilité des solutions. La résistance mécanique des produits fibreux minéraux ainsi obtenus est d'environ 50% plus faible que 25 celle des produits obtenus avec des résines phénoliques normales, ce qui rend le liant de cet essai impropre à la fabrication de coquilles.
d) Résine phénolique modifiée à l'urée avec un oxyde d'aluminium colloïdal.
Les produits fibreux minéraux obtenus présentent également une 30 mauvaise résistance mécanique qui ne permet pas leur utilisation comme coquille.
On a aussi effectué une comparaison du pouvoir calorifique des liants ou additifs pour fibres minérales:
Joulesjg 35
— résine phénolique sans urée 28 000
— résine phénolique avec env. 25% d'urée 23 800
— résine phénolique avec urée et dicyandiamide -1:1:1 21 000
— produits de précondensation mélamine- 40 formaldéhyde partiellement éthérifiés selon l'invention 19400
Joulesjg
— résine d'urée 17400
— urée 10 500
— dicyandiamide 16200
— amidon 15 100
Ce tableau montre bien que le pouvoir calorifique de la résine mélamine selon l'invention est relativement proche de celui des liants usuels à base de résine phénolique modifée.
En raison de cette similitude des pouvoirs calorifiques, il n'était pas attendu que la résine mélamineformaldéhyde selon l'invention ait à haute température un comportement très différent de celui des autres liants cités.
Il a été néanmoins constaté d'une façon surprenante que le produit de condensation éthérifié mélamineformaldéhyde présente au test punking un comportement de décomposition très différent. Alors que les produits fibreux minéraux durcis aux résines phénoliques ont leurs fibres totalement carbonisées à température élevée, la résine éthérifiée mélamine se sublime dans l'isolant fibreux minéral à température supérieure à 350-400° C, et condense sous forme d'un dépôt blanc sur les couches de fibres externes, plus froides. De ce fait, la réaction d'oxydation totale du liant dans les zones très fortement chauffées est supprimée et on évite la destruction totale du liant se trouvant dans le produit fibreux minéral. De sorte que la forme obtenue à partir du produit fibreux minéral ainsi endurci n'est pas détruite et peut être utilisée avec succès pour l'isolation thermique de milieux surchauffés. Ainsi les produits fibreux minéraux selon l'invention sous forme de coquilles peuvent être utilisés pour l'isolation des tuyaux dans lesquels circulent des fluides surchauffés à 400-500° C.
L'épaisseur des coquilles dépend de la température du fluide véhiculé par le tuyau. De même, la masse volumique dépend de cette température du fluide véhiculé. Il a été constaté que les coquilles doivent présenter une masse volumique d'environ 100 kg/m3 et de préférence une épaisseur d'au moins 200 mm lorsque le fluide a une température d'environ 400° C. Cette épaisseur peut croître jusqu'à environ 300 mm pour des fluides à 500° C.
En raison de ces épaisseurs relativement importantes, on utilisera de préférence selon l'invention plusieurs coquilles superposées, dont les diamètres intérieur et extérieur seront tels que les coquilles se superposent rigoureusement sans difficulté.
R
3 feuilles dessins
Claims (11)
1. Procédé d'obtention d'un produit fibreux minéral destiné à l'isolation thermique de tuyaux véhiculant des fluides surchauffés à des températures supérieures à 400° C, par traitement de produits fibreux minéraux à l'aide de solutions aqueuses de produits de précondensation mélaminefonnaldéhyde, éthérifiés à l'aide d'un alcool aliphatique de 1 à 4 atomes de carbone.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le degré d'éthérification du produit de précondensation est de 20 à 100%.
2
REVENDICATIONS
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le degré d'éthérification du produit de précondensation est de 40 à 65%.
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'alcool aliphatique est le méthanol.
5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le produit de précondensation a été pulvérisé sur les fibres minérales sous la forme d'une solution aqueuse qui contient au moins 5% en poids de solides.
6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la solution aqueuse a une teneur en solides de 10 à 12% du poids.
7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que la solution aqueuse contient un intermédiaire d'adhérence et/ou un agent dégageant un acide.
8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la poly-condensation du produit de précondensation mélaminefonnaldéhyde éthérifié est réalisée à des températures de 180-250° C.
9. Produit obtenu selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il a une masse volumique apparente de 80 à 120 kg/m3.
10. Produit selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il a la forme d'une coquille.
11. Utilisation du produit selon la revendication 10 pour l'isolation thermique de tuyaux, caractérisée en ce que plusieurs coquilles sont disposées les unes sur les autres, de sorte que l'épaisseur totale des coquilles superposées soit au moins de 20 mm.
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