FR2475979A1 - Procede de preparation d'objets moules, en particulier de panneaux isolants, en matieres lignocellulosiques liees par des resines synthetiques et objets ainsi obtenus - Google Patents

Abstract

PROCEDE POUR PREPARER DES OBJETS MOULES, EN PARTICULIER DES PANNEAUX ISOLANTS A PARTIR DE MATIERES LIGNOCELLULOSIQUES ET DE RESINES SYNTHETIQUES PAR MISE EN SUSPENSION DE CES CONSTITUANTS DANS UN MILIEU AQUEUX, DESHYDRATATION DE LA SUSPENSION, FORMAGE DU MELANGE ET SECHAGE DE L'OBJET MOULE. LA RESINE THERMOPLASTIQUE UTILISEE POUR FORMER LA SUSPENSION CONSISTE EN PARTICULES DE POLYOLEFINE ET LES OBJETS MOULES, APRES FORMATION, SONT SOUMIS A UN TRAITEMENT THERMIQUE AU COURS DUQUEL LES PARTICULES DE POLYOLEFINE FONDENT, FORMANT UNE GANGUE QUI ACCROIT LA RESISTANCE MECANIQUE DES OBJETS MOULES.

Description

La présente invention concerne un procédé pour préparer des objets moulés,

en particulier des panneaux isolants, en matières lignocellulosiques liées par des résines synthétiques, par mise en

suspension des matières lignocellulosiques et de la résine thermo-

plastique dans un milieu aqueux, déshydratation de la suspension,

moulage du mélange et séchage des objets moulés.

Dans l'industrie du bâtiment, on utilise sous forme d'élé-

ments de construction isolants de la chaleur des matériaux de types variés, par exemple de la laine de bois liée par de la magnésite, des panneaux poreux de fibres de bois, des résines synthétiques à base de polystyrène, de polyuréthannes ou de polyoléfines gonflées en mousse, de la laine minérale ou du liège, qu'on utilise dans la

plupart des cas sous forme de panneaux homogènes ou encore compo-

sites, à plusieurs couches.

Si l'on veut parvenir à une bonne isolation de la chaleur, il faut obtenir des éléments de construction légers contenant une

forte proportion d'air et présentant une fine structure poreuse.

Cependant, ces panneaux doivent aussi avoir une résistance mécanique suffisante, pour permettre par exemple leur utilisation en tant

qu'éléments de construction autoporteurs ou résistant au piétine-

ment. D'autre part, il y a des avantages à ce qu'un tel élément de construction puisse tre travaillé avec des outils simples et

usuels et, par exemple, puisse être scié, coupe, cloué ou vissé.

Lorsqu'on utilise ces panneaux dans des constructions extérieures, il ne faut pas que, sous l'action de l'humidité ou de la pluie, il se produise une dissolution, un amoindrissement notable de la résistance mécanique ou un gonflement notable des panneaux en épaisseur. De plus, si l'on veut que les propriétés d'isolation de la chaleur se conservent, il faut que ces panneaux

absorbent aussi peu d'humidité que possible.

On connaît déjà des éléments de construction contenant des matières lignocellulosiques, décrits par exemple dans les brevets autrichiens n0 343 881 et 334 068, sous la forme de panneaux de copeaux de bois qui sont moulés et comprimés dans des presses à sec ou à l'état semi-humide, en mélange avec 5 à 15 % en poids de liants, tels que des résines phénoliques ou des résines d'urée, et durcis complètement dans un chauffage subséquent durant plusieurs heures. En raison des pressions observées, qui sont de l'ordre de grandeur de 50 bars, les objets moulés ont des

densités dans l'intervalle d'environ 0,7 à 1,0 g/cm 3 c'est-à-

dire que ces panneaux ne contiennent qu'un petit volume d'air

et, par suite, conviennent mal à l'isolation de la chaleur.

Contrairement au cas des panneaux de copeaux de bois dans lesquels la résistance mécanique est due au mélange de liants, la résistance de structure des panneaux de fibres de bois qui sont préparés par une technique au mouillé à partir d'une suspension aqueuse de matières lignocellulosiques traitées, déshydratés et mis en forme par un mode opératoire analogue à celui utilisé pour la fabrication du papier et, le cas échéant, soumis à un traitement subséquent à la presse à chaud, est due essentiellement aux forces de liaisons physiques et intermoléculaires des fibres de bois et des constituants du bois. On connait également des procédés dans lesquels on ajoute également des liants, quoique en plus petite

quantité, pour parvenir à des résistances mécaniques améliorées.

Par ailleurs, dans le brevet autrichien n0 338 499, on décrit un

procédé dans lequel on ajoute des monomères polymérisables, essen-

tiellement des acrylates, à des fibres de bois, et on provoque la polymérisation complète par des radiations bêta à haute énergie,

ce qui permet de parvenir à un certain gain de résistance mécanique.

Partant de l'état de la technique antérieure selon lequel, à partir de matières lignocellulosiques, on peut parvenir soit à des panneaux denses et résistants à faible pouvoir isolant de la

chaleur, soit à des panneaux poreux et légers à haut pouvoir iso-

lant, mais faible résistance mécanique, la demanderesse a recherché un procédé permettant de préparer des produits combinant une faible densité et, par conséquent, un haut pouvoir isolant de la chaleur,

avec une haute résistance mécanique.

L'invention repose sur la découverte que, en utilisant des matières thermoplastiques polymères fusibles en tant que liants pour les matières lignocellulosiques, on peut former un squelette

ou une gangue qui confère aux objets moulés une résistance méca-

nique et une rigidité fortement accrues.

L'invention a pour objet un procédé du type décrit en introduction qui se caractérise en ce que l'on utilise en tant que résine thermoplastique pour former la suspension des particules de

polyoléfine et on soumet les objets moulés à un traitement ther-

mique subséquent au cours duquel les particules de polyoléfine fondent en formant une gangue qui accroît la résistance mécanique

des objets moulés.

On obtient ainsi des objets moulés dans lesquels la résine synthétique qui sert de liant consiste en polyoléfines, en particulier en polyéthylène et polypropylène, et se trouve sous la forme d'une masse fondue puis solidifiée qui constitue une gangue

ou un squelette pénétrant dans les matières lignocellulosiques.

On peut utiliser comme matières lignocellulosiques de la cellulose des déchets d'écorce broyés, des vieux papiers, des déchets de cellulose, par exemple des rejets de fabrication, de la

sciure de bois, de la pâte de bois ou des mélanges de ces matières.

La teneur en matières sèches de la suspension aqueuse formée avec les matières lignocellulosiques et les résines thermoplastiques doit se situer dans l'intervalle de 0,1 à 20 % et, plus particulièrement,

de 0,5 à 5 % en poids.

Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, les particules de polyoléfines sont mises en oeuvre sous forme de substances découpées, broyées ou fibrillées, de préférence sous la forme de filaments découpés dans des feuilles, de fibres broyées

t 25 ou de fibrides analogues à des flocons. De préférence, les parti-

cules de polyoléfines seront utilisées en quantité de 10 à 80 % et, de préférence, de 20 à 60 7. en poids, par rapport aux matières sèches totales contenues dans les objets moulés. Si la teneur en résine synthétique est inférieure à 10 % en poids, on ne parvient pratiquement pas à des propriétés de renforcement au traitement à la chaleur, car la résine synthétique ne peut plus former de squelette cohérent ayant un effet porteur. D'autre part, des teneurs en résine synthétique supérieures aux teneurs indiquées n'améliorent plus que dans une mesure inappréciable les propriétés

de résistance mécanique et conduisent à un squelette dense indé-

sirable, conduisant lui-même à un amoindrissement des propriétés

d'isolation à la chaleur.

De préférence, on introduit dans la suspension des

additifs ignifugeants, hydrofugeants ou qui améliorent la résis-

tance à la putréfaction. Les objets moulés préparés conformément à l'invention ont une densité nettement inférieure à celle des objets de la technique antérieure, à savoir une densité inférieure à 0,5 g/cm l et qui se situe de préférence entre 0e2 et 0s,25 g/cms Dans un mode de réalisation préféré, la déshydratation et la mise en forme sont effectuées sans application de pression, c'est-à-dire à

pression normale ou sous vide.

Un avantage du procédé au mouillé selon l'invention réside-

en ce que la suspension peut être mise sous une forme très homogène.

En détail, le procédé selon l'invention est mis en oeuvre de la manière suivante: après formation de la suspension aqueuse consistant en les matières lignocellulosiques et les particules de polyoléfines, de préférence des particules de polyéthylène et

de polypropylène, on envoie la suspension sur une toile d'égout-

tage selon un mode opératoire usuel dans l'industrie du papier et

de la cellulose, puis on déshydrate.

Autant que possible, la déshydratation doit être réalisée sans application de fortes pressions, par exploitation de la gravité

ou application du vide. On se place ainsi dans les meilleures condi-

tions pour que le produit final ait une faible densité.

Les pièces de matière humide présentent lors-d'un tel trai-

tement une teneur en matières sèches de 30 à 50 % en ptids, une

épaisseur de 5 à 100 mm, de préférence de 10 à 50 mmet des sur-

faces planes.

Les stades opératoires subséquents consistent en le façon-

nage - le découpage aux dimensions dans le cas de panneaux -, le séchage et le traitement thermique subséquent pour provoquer la

fusion des particules de résine synthétique.

Ces stades opératoires peuvent être réalisés en continu, à la suite, ou en discontinu. Lors de la préparation de panneaux isolants, on peut d'abord découper la pièce de matière humide

moulée au préalable aux dimensions voulues. Le séchage et le trai-

tement thermiques subséquent sont effectués en deux stades opéra-

toires: dans le premier stade, les objets moulés sont exposés à

des températures de 95 à 1200C et, dans le deuxième stade opéra-

toire, ils sont exposés à une température supérieure à la tempé-

rature de fusion de cristallite des particules de polyoléfines utilisées, par action de l'air chaud, de la vapeur d'eau, de radiations infrarouges ou de radiations à courte longueur d'ondes. Dans un autre mode de réalisation, le séchage et le traitement thermique subséquent sont réalisés en un seul stade opératoire les objets moulés sont exposés à l'action de l'air chaud ou de la vapeur d'eau à des températures de 95 à 300'C, de préférence de

160 à 240C.

La pièce de matière humide mise en forme au préalable est alors réchauffée en continu, de préférence à l'aide de vapeur surchauffée, de sorte que le processus de fusion des particules de résine synthétique se déclenche déjà au cours:de l'opération de séchage. Dans ce cas, le découpage aux dimensions est réalisé à la suite du traitement thermique. L'avantage de ce mode opératoire réside en ce que l'on peut déjà réaliser l'opération de fusion avec

formation du squelette dans des durées considérablement plus courtes.

Le produit découpé aux dimensions peut encore contenir jusqu'à 50 % en poids d'humidité; il peut ensuite être séché à l'air jusqu'à

l'humidité d'équilibre.

Les exemples qui suivent illustrent l'invention sans toute-

fois en limiter la portée; dans ces exemples, les indications de

parties et de pourcentages s'entendent en poids sauf mention contraire.

EXEMPLE 1

Pour la préparation de panneaux isolants de 10 mm d'épais-

seur contenant 20 % en poids de résine synthétique, on met de la cellulose de bouleau et des fibrides de polyéthylène à l'état de suspension aqueuse à une teneur en matières sèches de 1,2 %. La suspension est déshydratée sur une toile à former les feuilles sous l'action de la gravité et sous application du vide, et on obtient des panneaux à environ 30 7. de matières sèches. Ces panneaux humides, placés entre deux toiles parallèles provoquant une pression de 0,002 bar, sont envoyés à l'étuve à vide et séchés pendant 2 h à une température ambiante de 1000C. Ils sont ensuite soumis dans une deuxième étuve à vide à un traitement thermique de 25 min à C au cours duquel la température monte à 1620C dans le centre des panneaux. Sur les panneaux finis, on détermine les épaisseurs, les densités, les résistances à la traction-flexion et le gonflement en épaisseur et-l'absorption relative d'humidité dans une immersion de 2 h dans l'eau; les valeurs moyennes obtenues sont rapportées

dans le tableau I ci-après.

T A B L E A U I

Les résultats rapportés dans le tableau I ci-dessus montrent que les panneaux préparés conformément à l'invention ont de très bonnes propriétés de résistance mécanique, de gonflement en -épaisseur et d'absorption d'humidité. En outre, ils sont travaillés

très facilement et par exemple ont une coupe droite et lisseau sciage.

EXEMPLE 2

Pour la préparation de panneaux isolants de 18 mm d'épaisseur contenant 11% de résine synthétique, on met des déchets

de cellulose, les chutes de fabrication, et des fibrides de polyéthy-

lène à l'état de suspension aqueuse à une teneur en matières sèches de 2, 5%. On déshydrate la suspension sur une toile à former les feuilles comme décrit dans l'exemple 1. On envoie les panneaux humides dans une étuve à vide comme décrit dans l'exemple 1 et on les sèche pendant 420 minutes à une température de 140C qui provoque la fusion de la résine synthétique, Sur les échantillons finis, on détermine l'épaisseur, la densité, la résistance à la traction-flexion et le gonflement en épaisseur et l'absorption relative d'humidité après immersion de 2 h. dans l'eau; les valeurs moyennes sont rapportées dans le tableau II ci-après. teneur en polyéthylène, % 20 teneur en cellulose, % 80 épaisseur, mm 10 densité, g/cm 0,21 résistance à la traction-flexion, 3,2 N/mm232 gonflement en épaisseur, / 2,2 absorption d'humidité, % 42,2

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T A B L E A U I I

lu Les résultats rapportés dans le tableau Il montrent que les panneaux préparés conformément à l'invention présentent également de très bonnes propriétés de résistance mécanique, de

gonflement en épaisseur et d'absorption de l'humidité.

EXEMPLE 3

Pour la préparation de panneaux isolants de 9 mm d'épaisseur contenant 40%/. de résine synthétique, on met des déchets

de cellulose, des chutes de fabrication et des fibrides de polyéthy-

lène à l'état de suspension aqueuse à une teneur en matières sèches de 1, 2%. On déshydrate la suspension sur une toile à former les feuilles comme décrit dans l'exemple 1. Les plaques humides, placées entre deux toiles parallèles, sous une pression de 0,007 bar, sont envoyées dans une chambre traversée, perpendiculairement à la surface des plaques, par de la vapeur surchauffée. On opère avec un débit de vapeur de 217 kg/h.m2 et une température de vapeur de 2200C de sorte qu'après une durée de traitement de 32 minutes, la température

a monté à 218'C dans le centre des panneaux.

Sur les panneaux finis, on détermine les propriétés de matériaux dont les valeurs moyennes sont rapportées dans le

tableau III ci-après.

T A B L E A U II I

teneur en polyéthylène, 7. il teneur en déchets de cellulose, % 89 épaisseur, mm 18 densité, g/cm3 0,23 résistance à la traction-flexion, 1, 8 N/mm2 gonflement en épaisseur, % 5,6 absorption d'humidité, % 191 teneur en polyéthylène, % -40 teneur en déchets de cellulose, % 60 épaisseur, mm 9 densité, g/cm3 0,24 résistance à la traction-flexion, N/mm2 2,2 gonflement en épaisseur, % 4,9 absorption d'humidité, % 27,6

EXEMPLE 4

Pour la préparation de panneaux isolants de 10 mm d'épaisseur contenant 20% de résine synthétique, on met des déchets de cellulose, des chutes de fabrication, et de la sciure de bois, dans des proportions relatives de 3:1, avec des fibrides de polyéthylène à l'état de suspension aqueuse à une teneur en matières sèches de 1,2%. On déshydrate la suspension sur une toile à former les feuilles comme décrit dans l'exemple 1. On traite les panneaux humides à la vapeur dans les mêmes conditions que dans l'exemple 3 de sorte qu'après une durée de traitement de 68 minutes, la température a

monté à 216'C dans le centre des panneaux.

Sur les panneaux finis, on procède à des mesures iden-

tiques à celles de l'exemple 1; les valeurs moyennes obtenues sont

rapportées dans le tableau IV ci-après.

T A B L E A U I V

teneur en déchets de cellulose, % 60 teneur en sciure de bois, % 20 teneur en fibrides de polyéthylène, % 20

EXEMPLE 5

Pour la préparation de panneaux isolants de 10 mm d'épaisseur contenant 30% de résine synthétique, on met des déchets de cellulose, des chutes de fabrication, et du vieux papier, dans des proportions relatives de 4:3, avec des fibrides de polyéthylène et des déchets de feuilles de polyéthylène broyés, dans des proportions relatives de 1:2, en suspension aqueuse à une teneur en matières sèches de 1,2%. La suspension est déshydratée sur une toile à former les feuilles comme décrit dans l'exemple 1. Les panneaux humides placés entre deux toiles parallèles sous une pression de 0,001 bar sont envoyés dans une étuve à circulation d'air et séchés pendant épaisseur, mm 10 densité, g/cm3 0,23 résistance à la traction-flexion, 1,6 N/mm21 gonflement en épaisseur, % 7,7 absorption d'humidité, 7. 29,3 minutes à une température d'air de 1600C; au cours de ce séchage,

la résine synthétique contenue fond.

Sur les panneaux finis, on procède à des mesures comme

décrit dans l'exemple 1; les valeurs moyennes obtenues sont rappor-

tées dans le tableau V ci-après.

T A B L E A U V

EXEMPLE 6

Pour la préparation de panneaux isolants de 15 mm d'épaisseur contenant 30% de résine synthétique, on met des déchets de cellulose, des chutes de fabrication, et des déchets d'écorce broyés, dans des proportions relatives de 4:3, avec des fibrides de polyéthylène et des feuilles de polyéthylène fibrillées soumises à étirage monoaxial et découpées, dans des proportions relatives de

1:2, en suspension aqueuse à une teneur en matières sèches de 1,8Z.

On déshydrate la suspension sur une toile à former les feuilles comme décrit dans l'exemple 1. On envoie les panneaux humides, placés entre deux toiles parallèles exerçant une pression de 0,007 bar, dans une chambre dans laquelle de l'air chaud circule perpendiculairement à

3 2

la surface des panneaux. On règle un débitd'airde 72 m normaux/heure.m et à une température d'air de 200C de sorte qu'après 52 minutes de

traitement la température a monté à 1840C.

Sur les panneaux finis, on procède à des mesures comme

décrit dans l'exemple 1; les valeurs moyennes obtenues sont rappor-

tées dans le tableau VI ci-après.

teneur en déchets de cellulose, % 40 teneur en vieux papiers % 30 teneur en fibrides de polyéthylène, % 10 teneur en déchets de polyéthylène, % 20 épaisseur, mm 10 densité, g/cm3 0,25 résistance à la traction-flexion, 1, 8 Nmm2 1 gonflement en épaisseur, % 4,0 absorption d'humidité, % 24,3

T A B L E A U VI

teneur en déchets de cellulose, 7% 40 teneur en écorce, % 30 teneur en fibrides de polyéthylene, % 10 teneur en fibrilles de polyéthylène, % 20 épaisseur, mm 15 densité, g/cm3 0,25 résistance à la traction-flexion, 1, 5 N/mm2 gonflement en épaisseur, % 5,1 absorption d'humidité, % 33,4

EXEMPLE 7

Pour la préparation de panneaux isolants de 10 mm d'épaisseur contenant 30% de résine synthétique, on met de la cellulose de bouleau et de la pate de bois dans des proportions relatives de 3:4, avec des fibrides de polyéthylene et des fibres depolypropylène broyées dans des proportions relatives de 1:2 en suspension aqueuse à une teneur en matières sèches de 1,2%. On déshydrate la suspension sur une toile à former les feuilles comme décrit dans l'exemple 1. On sèche les panneaux humides a l'étuve à vide comme décrit dans l'exemple 1 et on les soumet dans une deuxième étuve à vide à un traitement thermique de 45 minutes à 200 C au cours

duquel la température monte à 189 C dans le centre des panneaux.

Sur les panneaux finis, on procède à des mesures comme

décrit dans l'exemple 1. Les valeurs moyennes obtenues sont rappor-

tées dans le tableau VII ci-après.

T A B L E A U VII

teneur en cellulose, % 30 teneur en pate de bois, % 40 teneur. en fibrides de polyéthylene, % 10 teneur en fibres de polypropylene, % 20 épaisseur, mm 10 densité, g/cm3 0,22 résistance à la traction-flexion, 2, 8 N/mm2 gonflement en épaisseur, % 3,5 absorption d'humidité, % 30,8

EXEMPLE 8

Pour la préparation de panneaux isolants de 10 mm d'épaisseur contenant 401% de résine synthétique, on met des déchets

de cellulose, des chutes de fabrication, avec des fibrides de poly-

éthylène et un agglomérat qui a été préparé à partir de déchets

mélangés de polyéthylène et de polypropylène par compression méca-

nique et thermique dans un appareil Prozesszerglomat, en proportions relatives de 1:3, en suspension aqueuse à une teneur en matières sèches de 1,2%. La suspension est déshydratée sur une toile à former les feuilles comme décrit dans l'exemple 1. Les panneaux humides sont séchés dans une étuve à vide comme décrit dans l'exemple 1 et soumis dans une deuxième étuve à vide à un traitement thermique de 48 minutes à 2000C au cours duquel la température monte à 180'C dans le centre

des panneaux.

Sur les panneaux finis, on procède à des mesures comme

décrit dans l'exemple 1; les valeurs moyennes obtenues sont rappor-

tées dans le tableau VIII ci-après.

T A B L E A U V II I

teneur en déchets de cellulose, 7. 60 teneur en fibrides de polyéthylène, % 10

teneur en agglomérat de polyéthylène-

polypropylène, Ra3 épaisseur, mm 10 densité, g/cm 0,25 résistance à la traction-flexion, 1,7 N/mm2 gonflement en épaisseur, % 5,2 absorption d'humidité, % 48,9

R E V E N D I C ATI O N S

1. Procédé de préparation d'objets moulés, en particulier de panneaux isolants, en matières lignocellulosiques liées par des

résines-synthétiques par mise en suspension des matières lignocellu-

losiques et de la résine synthétique thermoplastique dans un milieu aqueux, déshydratation de la suspension, mise en forme du mélange et séchage des objets moulés, caractérisé en ce que l'on utilise en tant que résine synthétique thermoplastiquepour former la suspension, des particules de polyoléfine et en ce que l'on soumet les objets moulés à un traitement thermique subséquent au cours duquel les particules de polyoléfine fondent en formant une gangue qui accroit la résistance

mécanique des objets moulés.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce

que la déshydratation et la mise en forme sont effectuées sans appli-

cation de pression, à pression normale ou sous vide.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les particules de polyoléfine sont mises en oeuvre sous la forme de substances découpées, broyées ou fibrillées, de préférence sous la forme de filaments découpés dans des feuilles ou de fibres broyés

ou de fibrides en forme de flocons.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1

à 3, caractérisé en ce que les particules de polyoléfine sont utili-

sées en quantité de 10 à 80% en poids, de préférence de 20 à 60% en

poids, par rapport aux matières sèches totales de l'objet moulé.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1

à 4, caractérisé en ce que l'on ajoute à la suspension des additifs

ignifugeants, hydrofugeants ou améliorant la résistance à la putré-

faction.

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1

à 5, caractérisé en ce que le séchage et le traitement thermique sont effectués en un seul stade opératoire, les objets moulés étant exposés

à l'action de l'air chaud ou de la vapeur d'eau chaude à des tempé-

ratures de 95 à 3000C, de préférence de 160 à 240'C.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1

à 5, caractérisé en ce que le séchage et le traitement thermique subséquent sont effectués en deux stades opératoires, les objets

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moulés étant exposés dans le premier stade à des températures de à 1200C et dans le deuxième stade à une température supérieure à la température de fusion de cristallite des particules de polyoléfine utilisées à l'action de l'air chaud, de la vapeur chaude, de radiations infrarouges ou de radiations à courte longueur d'ondes. 8. Objets moulés préparés par un procédé selon l'une

quelconque des revendications 1 à 7, contenant des matières lignocellu-

losiques et des résines synthétiques qui servent de liants, et carac-

térisés en ce que les résines synthétiques servant de liants consistent en polyoléfines, en particulier en polyéthylène et polypropylène, et forment, après fusion et solidification, un squelette ou gangue dans

lequel les matières lignocellulosiques sont noyées.

9. Objets moulés selon la revendication 8, caractérisés

en ce que leur densité est inférieure à 0,5 g/cm et se situe de pré-

férence entre 0,20 et 0,25 g/cm3