FR2761976A1 - Materiau composite a base de matiere minerale et de liant, son procede de fabrication et son utilisation comme isolant - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un matériau composite.Ce matériau comprend des granulés de matière minérale, dans une proportion relative en poids comprise entre 70 et 98 %, et un liant, dans une proportion relative en poids comprise entre 2 et 30 %, destiné à agglomérer les granulés entre eux.Ce matériau est résistant au feu et aux déformations mécaniques.
Description
L'invention a pour objet un matériau composite à base de matière minérale et de liant. Elle vise également son procédé de fabrication et son utilisation comme isolant.
On connaît des matières minérales susceptibles d'être utilisées comme isolant. Par exemple, on utilise des laines et des fibres de verre ou de roche. Toutefois, ces produits ne donnent pas entière satisfaction, surtout dans la mesure où ils sont délicats à manipuler, du fait de leur présentation sous forme de fibres.
On connaît également des matériaux isolants se présentant sous forme de mousse. On fabrique ainsi des mousses de verre expansé en faisant appel à une technique d'expansion du verre de récupération au moyen de carbonate.
Toutefois, une telle mousse de verre présente une grande sensibilité à l'humidité qui peut être attribuée à la nature même de l'agent d'expansion utilisé. En effet, les carbonates mis en oeuvre laissent subsister dans le matériau un résidu d'oxyde métallique qui s'hydrolyse in situ pour donner naissance à des lessives basiques nuisibles à la qualité et à la longévité du produit.
L'utilisation d'un tel produit nécessite donc obligatoirement une protection supplémentaire à l'aide d'un enduit de qualité destiné à assurer son imperméabilisation.
En outre, une telle mousse de verre ne peut être fabriquée que de manière discontinue. Enfin, son mode d'obtention nécessite des temps de recuit très longs de l'ordre de dix-sept heures, ce qui influence bien sûr très défavorablement les coûts de production d'un tel produit.
Pour remédier à ces inconvénients, le brevet
FR2578828 propose un matériau isolant, essentiellement massif. Ce matériau est constitué par un aluminosilicate au moins partiellement cristallisé présentant une structure expansée à pores fermés contenant de l'azote. Ce type de matériau résulte d'une réaction in situ des oxydes contenus dans le verre avec le nitrure d'aluminium, conduisant à un produit expansé à pores fermés renfermant de l'azote.
FR2578828 propose un matériau isolant, essentiellement massif. Ce matériau est constitué par un aluminosilicate au moins partiellement cristallisé présentant une structure expansée à pores fermés contenant de l'azote. Ce type de matériau résulte d'une réaction in situ des oxydes contenus dans le verre avec le nitrure d'aluminium, conduisant à un produit expansé à pores fermés renfermant de l'azote.
Ainsi, le matériau isolant formé présente une structure particulière qui le rend imperméable et qui lui confère une inertie chimique quasiment totale. Toutefois, ce matériau est encore améliorable du point de vue de ses performances globales et de son coût de fabrication. En particulier, on pourrait souhaiter disposer de matériaux d'isolation plus légers.
L'invention a pour but de fournir un matériau destiné à être utilisé, notamment comme isolant, et qui soit plus performant que ceux qui existent déjà, en rassemblant des propriétés
d'isolation thermique et acoustique,
de résistance au feu, et
de tenue mécanique.
d'isolation thermique et acoustique,
de résistance au feu, et
de tenue mécanique.
On y parvient, selon l'invention, au moyen d'un matériau composite comprenant - des granulés de matière minérale, dans une proportion
relative en poids comprise entre 70 et 98 %, de
préférence entre 80 et 98 %, et plus préférentiellement
encore entre 90 et 98 %, la matière minérale étant
constituée par un aluminosilicate expansé, en
particulier du verre expansé notamment par du nitrure
d'aluminium, et - un liant, dans une proportion relative en poids
comprise entre 2 et 30 %, de préférence entre 2
et 25 %, et plus préférentiellement encore entre 2 et
20 %, destiné à agglomérer les granulés entre eux.
relative en poids comprise entre 70 et 98 %, de
préférence entre 80 et 98 %, et plus préférentiellement
encore entre 90 et 98 %, la matière minérale étant
constituée par un aluminosilicate expansé, en
particulier du verre expansé notamment par du nitrure
d'aluminium, et - un liant, dans une proportion relative en poids
comprise entre 2 et 30 %, de préférence entre 2
et 25 %, et plus préférentiellement encore entre 2 et
20 %, destiné à agglomérer les granulés entre eux.
Ce matériau présente l'avantage d'être formé d'une proportion importante de granulés de matière minérale.
Ceux-ci peuvent provenir, par exemple, de verre de récupération. Dans ce cas, le matériau composite présente l'avantage d'être spécialement bon marché. Il est nettement plus économique que la plupart des produits disponibles actuellement et destinés à des applications similaires.
Les granulés de matière minérale entrant dans la constitution du matériau composite conforme à l'invention peuvent être ceux faisant l'objet de la demande de brevet nO 9700463 déposé par la Demanderesse le 17/01/1997. Il s'agit de granulés de verre expansé obtenus, pour l'essentiel, à partir d'un mélange de poudre de verre et de poudre de nitrure d'aluminium avec un liant.
Pour caractériser la réaction au feu d'un matériau, on peut utiliser l'échelle de référence allant de MO à M4, selon la norme AFNOR P-92-507.
Lorsque le matériau est classé MO, cela signifie qu'il présente une excellente réaction au feu. D'un point de vue pratique, cela signifie qu'il est propre à résister à la propagation dune flamme et que son pouvoir calorifique supérieur (PCS) est inférieur ou égal à 600 kcal/kg.
Lorsque l'on passe de MO à M4, la réaction au feu diminue pour devenir très médiocre à M4.
Un matériau classé M1 résiste à la propagation d'une flamme après retrait du brûleur normalisé.
Un matériau classé M2 : les flammes s'éteignent 5 secondes après retrait du brûleur normalisé.
Un matériau classé M3 : les flammes s'éteignent à plus de 5 secondes après retrait du brûleur normalisé.
Un matériau classé M4 ne résiste pas à la propagation d'une flamme.
Le matériau composite selon l'invention est classé
MO ou M1 pour sa résistance au feu. Par conséquent, on peut prévoir d'utiliser ce matériau composite dans le cadre de la protection de pièces contre l'incendie.
MO ou M1 pour sa résistance au feu. Par conséquent, on peut prévoir d'utiliser ce matériau composite dans le cadre de la protection de pièces contre l'incendie.
Lorsque les matériaux composites selon l'invention sont classés M1, il faut savoir que cela provient souvent du fait que la matière minérale est classée MO, tandis que le liant est classé M1.
En dehors de l'avantage que représente notamment le faible coût du matériau à la fabrication, un autre avantage provient du fait que le matériau est entièrement recyclable sur la même utilisation. Par conséquent, il est encore possible de réaliser des économies à ce stade également.
Le matériau composite conforme à l'invention peut être utilisé dans une large gamme de températures. En général, il est résistant à des températures allant de -270 à 800 C, selon la nature du liant utilisé.
Ainsi, il se substitue, dans des conditions économiques intéressantes, à des produits existant sur le marché tels que les mousses de synthèse de produits pétroliers, les laines ou fibres de verre ou de roche.
Par ailleurs, la proportion en poids des produits de synthèse est diminuée de 80 à 99 % par rapport à celle entrant dans la constitution des produits isolants disponibles à ce jour.
De préférence, le liant mis en oeuvre conformément au procédé selon l'invention est un liant organique choisi dans le groupe comprenant la mousse de polyuréthane, la mousse de polyisocyanurate et les mousses formées à partir de résines phénolique, acrylique, aminoplaste, uréeformol, polyester, phénoplaste, silicone, polystyrène, métacrylique, vinylique, polychlorovinylique, mélamine, formaldéhyde ou un mélange de celles-ci.
Le matériau composite conforme à l'invention présente les propriétés physiques énumérées ci-après
Densité : 150 à 250 kg/m3.
Densité : 150 à 250 kg/m3.
Conductivité thermique : 0,03 à 0,08 W/m/ C.
Résistance à la compression : 1 à 10 kg/cm2.
L'essai mécanique sans rupture sur le panneau est défini par
- épaisseur : 60 mm,
- surface : 0,16 m2,
- 2 appuis distants de 40 mm,
- charge 100 kg appliquée au centre sur 1/3 de la
surface.
- épaisseur : 60 mm,
- surface : 0,16 m2,
- 2 appuis distants de 40 mm,
- charge 100 kg appliquée au centre sur 1/3 de la
surface.
Perméabilité à la vapeur d'eau : environ 0,01 g/m2/h
par millimètre de mercure pour le granulé, et 300.10-5
g/m2/h par millimètre de mercure pour le liant,
Coefficient de dilatation : 0,9.10-6 à 1,1.10-6 m/OC.
par millimètre de mercure pour le granulé, et 300.10-5
g/m2/h par millimètre de mercure pour le liant,
Coefficient de dilatation : 0,9.10-6 à 1,1.10-6 m/OC.
Coefficient d'isolation thermique : 0,02 à 0,1 W/m/OC.
Ces performances sont voisines de celles des matériaux d'isolation thermique courants, tels que des mousses de polyuréthane de 40 kg/m3 utilisées en panneaux comportant plusieurs couches. Cela permet d'atteindre des performances de résistance à la flexion très élevées si ce matériau composite est lui aussi utilisé pour ce type de panneau.
Avantageusement, le liant comprend des dérivés d'éléments appartenant à la colonne I, II, III, IV, V, VI,
VII ou VIII du tableau périodique des éléments.
VII ou VIII du tableau périodique des éléments.
Plus avantageusement encore, les dérivés minéraux sont des oxydes, en particulier des oxydes choisis dans le groupe comprenant l'alumine Al2O3, la silice SiO2, l'oxyde de sodium Na2O, l'oxyde de potassium K2O, l'oxyde de magnésium MgO, l'oxyde de fer Fe2O3, l'oxyde de calcium
CaO, l'oxyde de titane TiO2 et l'oxyde de lithium LiO.
CaO, l'oxyde de titane TiO2 et l'oxyde de lithium LiO.
Le matériau composite conforme à l'invention est susceptible d'être usiné avec des outils pour les métaux ferreux. Un tel usinage peut naturellement aussi être exploité.
On peut utiliser des accessoires métalliques ou en matériau de synthèse ou en bois, insérés ou collés, servant à la fixation, à l'accrochage ou à l'assemblage des éléments en matériau composite.
On peut également utiliser d'autres supports. Par exemple, des accessoires métalliques ou en matériau de synthèse armé, rigides ou souples. Ils peuvent être en bois, ou en caoutchouc naturel, remplissant une fonction de renforcement, de protection, de décoration ou de barrage à la vapeur d'eau, fixés par collage ou par liaisons mécaniques.
De préférence, le liant se présente sous la forme d'une mousse thermoplastique, de préférence une mousse thermoplastique comprenant plus d'environ 60 % en volume de pores fermés, de préférence plus de 80 %, et plus préférentiellement encore plus de 95 %.
Avantageusement, les granulés de matière minérale se présentent sous une forme essentiellemnt sphérique, leur granulométrie étant comprise entre 1 et 10 mm, de préférence entre 2 et 9 mm, et plus préférentiellement encore entre 3 et 7 mm.
Plus avantageusement encore, le matériau composite comprend, en proportion relative en poids, environ 25 % de granulés de taille moyenne voisine de 2,8 mm, environ 25 % de granulés de taille moyenne voisine de 4,5 mm, environ 25 % de granulés de taille moyenne voisine de 5,6 mm, et environ 25 % de granulés de taille moyenne voisine de 8 mm.
De telles dimensions assurent un bon coefficient de remplissage pour les granulés. La plupart du temps, la forme générale des granulés est donnée par le processus de roulement dans un four tournant. Cette forme est arrondie et proche de la sphéricité.
Les granulés ont un état de surface tel qu'il présente une légère rugosité. Il s'agit là d'une propriété importante sur le plan de la liaison par un adhésif.
Lorsque le liant mis en oeuvre est un liant organique, le matériau composite conforme à l'invention peut, en général, être utilisé à des températures comprises entre -270 et 800C. Ces matériaux sont classés
MO et M1 pour leur réaction au feu.
MO et M1 pour leur réaction au feu.
Lorsque le liant mis en oeuvre comprend des dérivés minéraux, le matériau composite conforme à l'invention peut, en général, être utilisé à des températures comprises entre 20 et 8000C. Ces matériaux sont classés MO pour leur réaction au feu.
De préférence, le matériau selon l'invention comprend des granulés de matière minérale présentant plus de 70 % de pores fermés, et de préférence plus de 90 %.
Pour réaliser l'expansion du verre, on peut utiliser le nitrure d'aluminium décrit dans le brevet FR 2 727 108. Ce nitrure d'aluminium est obtenu en faisant réagir, sous agitation continue, de la poudre d'aluminium mélangée avec une quantité appropriée de CaCO3 pulvérulent et de l'azote, en chauffant le milieu réactionnel à une température appropriée.
Le procédé de fabrication du matériau composite selon l'invention implique les opérations consistant à - mélanger des granulés de matière minérale constituée
par un aluminosilicate expansé, en particulier du verre
expansé, avec un liant ou les précurseurs d'un liant,
et - faire durcir le liant.
par un aluminosilicate expansé, en particulier du verre
expansé, avec un liant ou les précurseurs d'un liant,
et - faire durcir le liant.
Lorsqu'on utilise un liant organique, on peut former une mousse rigide, à porosité fermée, adhérant fortement à la surface des granulés.
Avantageusement, l'opération consistant à faire durcir le liant est réalisée dans un moule.
Plus avantageusement, le procédé comprend, en outre, une opération d'usinage subséquente au durcissement.
Le moulage des matériaux composites selon l'invention peut être réalisé à froid. On peut former ainsi des pièces de forme complexe et destinées à des applications dans une gamme de températures allant, notamment, de -270 à 8000C. L'ensemble des applications en tuyauterie et en capacité industrielle, connues à ce jour, est ainsi couvert.
Dans la mesure où le matériau selon l'invention peut être obtenu aussi sans usinage de forme, les coûts de mise en oeuvre du procédé sont réduits. En effet, les pertes de matières afférant à une telle opération sont réduites.
Selon un premier mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, on utilise un liant organique choisi dans le groupe comprenant la mousse de polyuréthane, la mousse de polyisocyanurate et les mousses formées à partir de résines phénolique, acrylique, aminoplaste, uréeformol, polyester, phénoplaste, silicone, polystyrène, métacrylique, vinylique, polychlorovinylique, mélamine, formaldéhyde ou un mélange de celles-ci.
Selon un deuxième mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, on utilise un liant comprenant des dérivés d'éléments appartenant à la colonne I, II,
III, IV, V, VI, VII ou VIII du tableau périodique des éléments, notamment des oxydes choisis dans le groupe comprenant l'alumine Al2O3, la silice SiO2, l'oxyde de sodium Na2O, l'oxyde de potassium K2O, l'oxyde de magnésium MgO, l'oxyde de fer Fe203, l'oxyde de calcium
CaO, l'oxyde de titane TiO2 et l'oxyde de lithium LiO.
III, IV, V, VI, VII ou VIII du tableau périodique des éléments, notamment des oxydes choisis dans le groupe comprenant l'alumine Al2O3, la silice SiO2, l'oxyde de sodium Na2O, l'oxyde de potassium K2O, l'oxyde de magnésium MgO, l'oxyde de fer Fe203, l'oxyde de calcium
CaO, l'oxyde de titane TiO2 et l'oxyde de lithium LiO.
De préférence, on utilise des granulés de matière minérale présentant plus de 70 % de pores fermés, et de préférence plus de 90 %.
Avantageusement, on mélange les granulés de matière minérale avec le liant dans un mélangeur, en particulier un mélangeur de type à vis d'Archimède, le mélange étant réalisé pendant une durée comprise entre 5 et 30 secondes.
La plupart du temps, les granulés présentent une excellente mouillabilité. Ainsi, lorsqu'ils sont mélangés avec le liant, ils sont lubrifiés sans être cassés ou effrités par le mouvement.
De manière avantageuse, l'opération de mélange comprend les étapes consistant à - imprégner les granulés de matière minérale avec le
diisocyanate de diphénylméthane, dans une proportion
relative en poids de diisocyanate de diphénylméthane
par rapport aux granulés comprise entre 3 et 15 %, et
de préférence entre 5 et 10 %, et - pulvériser du polyéther glycol sur les granulés
imprégnés, dans une proportion relative en poids de
polyéther glycol par rapport aux granulés imprégnés
comprise entre 3 et 15 %, et de préférence entre 5 et
10 %, pour former une mousse de polyuréthane.
diisocyanate de diphénylméthane, dans une proportion
relative en poids de diisocyanate de diphénylméthane
par rapport aux granulés comprise entre 3 et 15 %, et
de préférence entre 5 et 10 %, et - pulvériser du polyéther glycol sur les granulés
imprégnés, dans une proportion relative en poids de
polyéther glycol par rapport aux granulés imprégnés
comprise entre 3 et 15 %, et de préférence entre 5 et
10 %, pour former une mousse de polyuréthane.
La mise en contact d'un isomère, le diisocyanate de diphénylméthane et de polyéther de glycol donne lieu à la formation de polyuréthane, se présentant sous forme de mousse et classé M1 pour sa résistance au feu. L'opération de mise en contact des produits précédents a lieu à température ambiante. L'élévation de température, d'environ 150C, est sans influence sur l'obtention du matériau composite.
Lors de la pulvérisation précédente, la durée d'obtention de la mousse est d'environ 10 secondes. Il est bon de ne pas prolonger cette durée, pour ne pas dégrader la mousse.
Dans une réalisation industrielle, le système peut être formé par une vis d'Archimède à trois corps avec injecteurs multiples de produits formant un liant.
De manière également avantageuse, le procédé selon l'invention comprend une étape préliminaire de formation d'un liant par mélange d'une pâte disponible dans le commerce comprenant, en proportion relative en poids, approximativement
34 % de Au203
57,5 % de SiO2,
4,7 % de Na2O,
1,4 % de K2O,
0,8 % de MgO,
0,6 % de Fe203,
0,3 % de CaO,
0,2 % de TiO2 et
. 0,5 % de LiO, et d'eau, la proportion de la pâte par rapport à l'eau étant voisine de 2 : 1 en volume, et un agent moussant étant, en outre, ajouté au mélange.
34 % de Au203
57,5 % de SiO2,
4,7 % de Na2O,
1,4 % de K2O,
0,8 % de MgO,
0,6 % de Fe203,
0,3 % de CaO,
0,2 % de TiO2 et
. 0,5 % de LiO, et d'eau, la proportion de la pâte par rapport à l'eau étant voisine de 2 : 1 en volume, et un agent moussant étant, en outre, ajouté au mélange.
Cette façon de procéder produit un liant de faible densité. L'opération de mélange peut être effectuée dans un mélangeur. Par ailleurs, le matériau composite est nécessairement séché en étuve, afin de le déshydrater.
Le matériau composite conforme à l'invention ou obtenu par la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention peut être utilisé comme constituant d'éléments d'isolation thermique ou phonique, notamment de parois, de cloisons, de planchers, de tuyauteries ou de plafonds de bâtiments.
Avantageusement, on l'utilise comme constituant d'éléments d'isolation apte à résister à la propagation du feu, notamment comme constituant de panneaux d'isolation comprenant au moins une couche, ces panneaux étant destinés en particulier à la réalisation de plafond suspendu.
En effet, le matériau selon l'invention offre une résistance à la flexion telle qu'il peut entrer dans la constitution de panneaux comportant des couches superposées, étroitement serrées entre elles. Le matériau selon l'invention peut, notamment, former deux plaques résistantes renfermant une âme très légère.
Le matériau selon l'invention peut entrer dans la constitution de pièces comprises dans un plafond suspendu.
Le matériau composite conforme à l'invention ou obtenu conformément au procédé conforme à l'invention peut être utilisé comme constituant de pièces moulées destinées à l'isolation. Un tel matériau est donc complètement coupe-feu.
Le matériau conforme à l'invention peut donc être mis en oeuvre dans tout type de bâtiments ou d'installations, notamment les bâtiments ou installations destinées à un usage industriel ou destinées à recevoir du public.
Des exemples de réalisation de l'invention sont décrits ci-dessous en se référant aux dessins annexés dans lesquels
. la figure 1 représente une vue en perspective du dispositif utilisé pour mesurer la résistance à la flexion d'un panneau 1 constitué d'un matériau selon l'invention.
. la figure 1 représente une vue en perspective du dispositif utilisé pour mesurer la résistance à la flexion d'un panneau 1 constitué d'un matériau selon l'invention.
Le panneau 1 est posé sur deux appuis 2 et soumis à une charge 3
. la figure 2 représente, en coupe transversale, un panneau 1 constitué d'un matériau selon l'invention après un essai de déformation. Le panneau 1 est posé sur deux appuis 2 et soumis à une charge 3
la figure 3 représente, en coupe transversale, un panneau 1 constitué d'une mousse de polyuréthane après un essai de déformation. Le panneau 1 est posé sur deux appuis 2 et soumis à une charge 3
la figure 4 représente la vue en coupe transversale du schéma de principe d'une machine de mélange dynamique 100.
. la figure 2 représente, en coupe transversale, un panneau 1 constitué d'un matériau selon l'invention après un essai de déformation. Le panneau 1 est posé sur deux appuis 2 et soumis à une charge 3
la figure 3 représente, en coupe transversale, un panneau 1 constitué d'une mousse de polyuréthane après un essai de déformation. Le panneau 1 est posé sur deux appuis 2 et soumis à une charge 3
la figure 4 représente la vue en coupe transversale du schéma de principe d'une machine de mélange dynamique 100.
La machine 100 de la figure 4 est monobloc et comprend des vis de pompage 10 et des granulés 1 dans sa partie supérieure, des injecteurs 20 de liant 2 dans sa partie médiane, et un orifice 30, dans sa partie inférieure, à partir duquel peut se déverser le matériau composite formé 3.
On peut ainsi distinguer plusieurs zones, à savoir . une zone 11 de pompage des granulés, . une zone 21 de mélange de granulés et du liant, . une zone 31 de formation du composite, une zone 32 de pompage du composite, et . une zone 33 d'écoulement du composite dans un moule,
par exemple dans un tore pour coude.
par exemple dans un tore pour coude.
Dans les exemples, les côtes sont données en millimètre.
Exemple comparatif 1
On utilise différents matériaux et on mesure leur résistance au feu. Les trois matériaux utilisés sont soumis à une flamme de chalumeaux, de température voisine de 1000 OC . Les trois matériaux ont la forme d'un parallélépipède de largeur égale à 50 mm, de longueur égale à 60 mm, et d'épaisseur égale à 20 mm.
On utilise différents matériaux et on mesure leur résistance au feu. Les trois matériaux utilisés sont soumis à une flamme de chalumeaux, de température voisine de 1000 OC . Les trois matériaux ont la forme d'un parallélépipède de largeur égale à 50 mm, de longueur égale à 60 mm, et d'épaisseur égale à 20 mm.
a) Matériau soumis à l'essai : la mousse de polyuréthane.
Cette mousse est classée M4 quant à sa résistance
au feu.
au feu.
On observe l'inflammation de la mousse dès sa mise
en contact avec la flamme. Cette inflammation se
poursuit de façon intense après le retrait de la flamme
du chalumeau et ne s'arrête pas. On observe un
dégagement de fumée important.
en contact avec la flamme. Cette inflammation se
poursuit de façon intense après le retrait de la flamme
du chalumeau et ne s'arrête pas. On observe un
dégagement de fumée important.
b) Matériau soumis à l'essai : matériau composite conforme
à l'invention comprenant 70 % en poids de granulés de
verre expansé selon la demande de brevet
français nO 97 00463 et 30 % en poids de polyuréthane
de résistance au feu M4.
à l'invention comprenant 70 % en poids de granulés de
verre expansé selon la demande de brevet
français nO 97 00463 et 30 % en poids de polyuréthane
de résistance au feu M4.
On expose le matériau composite à la flamme
pendant une durée égale à une minute. La face du
matériau composite qui n'est pas exposée à la flamme
n'accuse pas d'élévation notable de la température.
pendant une durée égale à une minute. La face du
matériau composite qui n'est pas exposée à la flamme
n'accuse pas d'élévation notable de la température.
Sur le matériau composite, on observe une légère
inflammation en présence de la flamme de chalumeau.
inflammation en présence de la flamme de chalumeau.
Après retrait de cette flamme, certaines petites
flammes de hauteur égale à quelques millimètres
persistent sur la mousse. Elles s'éteignent après
environ cinq secondes. La mousse est légèrement
carbonisée dans la zone touchée par la flamme de
chalumeau et quelques granulés sont ainsi
désolidarisés.
flammes de hauteur égale à quelques millimètres
persistent sur la mousse. Elles s'éteignent après
environ cinq secondes. La mousse est légèrement
carbonisée dans la zone touchée par la flamme de
chalumeau et quelques granulés sont ainsi
désolidarisés.
Néanmoins, ce matériau montre une résistance au
feu nettement améliorée par rapport à celle de la
mousse de polyuréthane.
feu nettement améliorée par rapport à celle de la
mousse de polyuréthane.
c) Matériau soumis à l'essai : matériau composite conforme
à l'invention comprenant 70 % en poids de granulés de
verre expansé selon la demande de brevet
français nO 97 00463 et 30 % en poids de polyuréthane
de résistance au feu M1.
à l'invention comprenant 70 % en poids de granulés de
verre expansé selon la demande de brevet
français nO 97 00463 et 30 % en poids de polyuréthane
de résistance au feu M1.
Là encore, on expose le matériau composite à la
flamme pendant une durée égale à une minute. La face du
matériau composite qui n'est pas exposée à la flamme
n'accuse pas d'élévation notable de la température.
flamme pendant une durée égale à une minute. La face du
matériau composite qui n'est pas exposée à la flamme
n'accuse pas d'élévation notable de la température.
Sur le matériau composite, on observe un
noircissement de la zone exposée. Il n'y a pas de
combustion après le retrait de la flamme. On remarque
une légère carbonisation de la mousse dans la zone
exposée. Les granulés restent parfaitement solidarisés
à la mousse.
noircissement de la zone exposée. Il n'y a pas de
combustion après le retrait de la flamme. On remarque
une légère carbonisation de la mousse dans la zone
exposée. Les granulés restent parfaitement solidarisés
à la mousse.
Par conséquent, le matériau composite conforme à
l'invention est nettement plus résistant au feu que la
mousse de polyuréthane seule.
l'invention est nettement plus résistant au feu que la
mousse de polyuréthane seule.
Manifestement, il est utile d'utiliser un liant de
bonne qualité pour obtenir, en conséquence, un matériau
composite de bonne qualité. La nature du liant
détermine l'aptitude de résistance au feu du matériau
composite conforme à l'invention, pour des granulés de
nature identique.
bonne qualité pour obtenir, en conséquence, un matériau
composite de bonne qualité. La nature du liant
détermine l'aptitude de résistance au feu du matériau
composite conforme à l'invention, pour des granulés de
nature identique.
Exemple 2 : Résistance à la flexion.
On réalise un essai de résistance à la flexion d'un matériau composite conforme à l'invention. Ce matériau comprend, en proportion relative en poids, 85 % de granulés de verre expansé selon la demande de brevet français nO 97 00463 et 15 % de mousse de polyuréthane.
La figure 1 représente un tel matériau 1 de forme parallépipédique et de dimensions 400 x 500 x 60 mm.
Le matériau composite prend appui sur deux barres 2 écartées de 400 mm. On applique une charge 3 égale à 100 kg pour 500 cm2.
Ce matériau conforme à l'invention est parfaitement résistant : aucune déformation ou flexion n'est mesurable. Par ailleurs, aucune fissuration n'est constatée - non plus.
ExemPle comParatif 3 : Résistance à la déformation.
L'essai consiste à appliquer au matériau 1 une charge 3 égale à 5 kg et à mesurer sa déformation. Le matériau est disposé entre deux supports 2 écartés de 200 mm. Son épaisseur est de 20 mm. Les figures 2 et 3 représentent les matériaux utilisés.
a) Matériau soumis à l'essai : matériau conforme à
l'invention, représenté sur la figure 2.
l'invention, représenté sur la figure 2.
On utilise un matériau composite comprenant, en
proportion relative en poids, 85 % de granulés de verre
expansé selon la demande de brevet français nO
97 00463 et 15 % de mousse de polyuréthane.
proportion relative en poids, 85 % de granulés de verre
expansé selon la demande de brevet français nO
97 00463 et 15 % de mousse de polyuréthane.
La déformation observée est inférieure à 0,5 mm.
b) Matériau soumis à l'essai : mousse de polyuréthane
représentée sur la figure 3.
représentée sur la figure 3.
La mousse de polyuréthane utilisée présente une
densité de 40 kg/m3. La déformation observée est
nette : elle est évaluée à 8 mm.
densité de 40 kg/m3. La déformation observée est
nette : elle est évaluée à 8 mm.
Par conséquent, le matériau conforme à l'invention
présente une résistance à la déformation notablement
supérieure à la mousse de polyuréthane.
présente une résistance à la déformation notablement
supérieure à la mousse de polyuréthane.
Exemple 4 : Procédé de fabrication du matériau composite
conforme à l'invention à l'aide d'une machine
de mélange dynamique.
conforme à l'invention à l'aide d'une machine
de mélange dynamique.
On utilise la machine représentée sur la figure 4 et destinée à mélanger des granulés de matière minérale et du liant, pour donner lieu à la formation du matériau composite.
Cet exemple illustre la simplicité de la mise en oeuvre du procédé.
Claims (21)
1. Matériau composite, caractérisé par le fait qu'il comprend des granulés de matière minérale, dans une proportion
relative en poids comprise entre 70 et 98 %, de
préférence entre 80 et 98, et plus préférentiellement
encore entre 90 et 98 %, la matière minérale étant
constituée par un aluminosilicate expansé, en
particulier du verre expansé notamment par du nitrure
d'aluminium, et . un liant, dans une proportion relative en poids
comprise entre 2 et 30 %, de préférence entre 2 et 25
%, et plus préférentiellement encore entre 2 et 20 %,
destiné à agglomérer les granulés entre eux.
2. Matériau composite selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le liant est un liant organique choisi dans le groupe comprenant la mousse de polyuréthane, la mousse de polyisocyanurate et les mousses formées à partir de résines phénolique, acrylique, aminoplaste, urée-formol, polyester, phénoplaste, silicone, polystyrène, métacrylique, vinylique, polychlorovinylique, mélamine, formaldéhyde ou un mélange de celles-ci.
3. Matériau composite selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le liant comprend des dérivés d'éléments appartenant à la colonne I, II, III, IV, V, VI,
VII ou VIII du tableau périodique des éléments.
4. Matériau composite selon la revendication 3, caractérisé par le fait que les dérivés sont des oxydes, en particulier des oxydes choisis dans le groupe comprenant l'alumine (Al203), la silice (SiO2), l'oxyde de sodium (Na2O), l'oxyde de potassium (K2O), l'oxyde de magnésium (MgO), l'oxyde de fer (Fe2O3), l'oxyde de calcium (CaO), l'oxyde de titane (TiO2) et l'oxyde de lithium (LiO).
5. Matériau composite selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le liant se présente sous la forme d'une mousse thermoplastique, de préférence une mousse thermoplastique comprenant plus d'environ 60 % en volume de pores fermés, de préférence plus de 80 %, et plus préférentiellement encore plus de 95 %.
6. Matériau composite selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les granulés de matière minérale se présentent sous une forme essentiellement sphérique, leur granulométrie étant comprise entre 1 et 10 mm, de préférence entre 2 et 9 mm, et plus préférentiellement encore entre 3 et 7 mm.
7. Matériau composite selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend, en proportion relative en poids, environ 25 % de granulés de taille moyenne voisine de 2,8 mm, environ 25 % de granulés de taille moyenne voisine de 4,5 mm, environ 25 % de granulés de taille moyenne voisine de 5,6 mm, et environ 25 % de granulés de taille moyenne voisine de 8 mm.
8. Matériau composite selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les granulés de matières minérales présentent plus de 70 % de pores fermés, et de préférence plus de 90 %.
9. Procédé de fabrication d'un matériau composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait qu'il implique les opérations consistant à - mélanger des granulés de matière minérale constituée
par un aluminosilicate expansé, en particulier du verre
expansé notamment par du nitrure d 'aluminium, avec un
liant ou les précurseurs d'un liant, et - faire durcir le liant.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé par le fait que l'opération consistant à faire durcir le liant est réalisée dans un moule.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 ou 10, caractérisé par le fait qu'il comprend, en outre, une opération d'usinage subséquente au durcissement.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé par le fait qu'on utilise un liant organique choisi dans le groupe comprenant la mousse de polyuréthane, la mousse de polyisocyanurate et les mousses formées à partir de résines phénolique, acrylique, aminoplaste, urée-formol, polyester, phénoplaste, silicone, polystyrène, métacrylique, vinylique, polychlorovinylique, mélamine, formaldéhyde ou un mélange de celles-ci.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé par le fait qu'on utilise un liant comprenant des dérivés d'éléments appartenant à la colonne I, II, III, IV, V, VI, VII ou
VIII du tableau périodique des éléments, notamment des oxydes choisis dans le groupe comprenant l'alumine (Al203), la silice (SiO2), l'oxyde de sodium (nua20), l'oxyde de potassium (K2O), l'oxyde de magnésium (MgO), l'oxyde de fer (Fez03), l'oxyde de calcium (CaO), l'oxyde de titane < TiO2) et l'oxyde de lithium (LiO).
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 13, caractérisé par le fait qu'on utilise des granulés de matière minérale présentant plus de 70 % de pores fermés, et de préférence plus de 90 %.
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 14, caractérisé par le fait qu'on mélange les granulés de matière minérale avec le liant dans un mélangeur, en particulier un mélangeur de type vis d'Archimède, le mélange étant réalisé pendant une durée comprise entre 5 et 30 secondes.
16. Procédé selon la revendication 9, caractérisé par le fait que l'opération de mélange comprend les étapes consistant à . imprégner les granulés de matière minérale avec le
diisocyanate de diphénylméthane, dans une proportion
relative en poids de diisocyanate de diphénylméthane
par rapport aux granulés comprise entre 3 et 15 %, et
de préférence entre 5 et 10 %, et . pulvériser du polyéther glycol sur les granulés
imprégnés, dans une proportion relative en poids de
polyéther glycol par rapport aux granulés imprégnés
comprise entre 3 et 15 %, et de préférence entre 5 et
10 %, pour former une mousse de polyuréthane.
17. Procédé selon la revendication 9, caractérisé par le fait qu'il comprend une étape préliminaire de formation d'un liant par mélange d'une pâte disponible dans le commerce comprenant, en proportion relative en poids, approximativement
. 34 % de Al 2 3 t
57,5 % de SiO2,
. 4,7 % de Na2O,
. 1,4 % de K20,
0,8 % de MgO,
0,6 % de Fe203,
0,3 % de CaO,
0,2 % de TiO2 et
. 0,5 % de LiO, et d'eau, la proportion de la pâte par rapport à l'eau étant voisine de 2 : 1 en volume, et un agent moussant étant, en outre, ajouté au mélange.
18. Utilisation d'un matériau composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 ou obtenu par le procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 17, comme constituant d'éléments d'isolation thermique ou phonique, notamment de parois, de cloisons, de planchers, de tuyauteries ou de plafonds de bâtiments.
19. Utilisation d'un matériau composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 ou obtenu par le procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 17, comme constituant d'éléments d'isolation apte à résister à la propagation du feu, notamment comme constituant de panneaux d'isolation comprenant au moins une couche, ces panneaux étant destinés en particulier à la réalisation de plafond suspendu.
20. Utilisation d'un matériau composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 ou obtenu par le procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 17, comme constituant de pièces moulées destinées à l'isolation.
21. Utilisation d'un matériau composite selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 ou obtenu par le procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 17, comme constituant de tuyauteries destinées au passage d'un fluide de température comprise entre -270 et 8000C.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9701671A FR2761976B1 (fr) | 1997-02-13 | 1997-02-13 | Materiau composite a base de matiere minerale et de liant, son procede de fabrication et son utilisation comme isolant |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
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|---|---|
| FR2761976A1 true FR2761976A1 (fr) | 1998-10-16 |
| FR2761976B1 FR2761976B1 (fr) | 1999-06-25 |
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ID=9503663
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR9701671A Expired - Fee Related FR2761976B1 (fr) | 1997-02-13 | 1997-02-13 | Materiau composite a base de matiere minerale et de liant, son procede de fabrication et son utilisation comme isolant |
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|---|---|
| FR (1) | FR2761976B1 (fr) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2657280A1 (fr) * | 2012-04-23 | 2013-10-30 | Basf Se | Matière composite en polyuréthane contenant des particules de matière minérale |
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1997
- 1997-02-13 FR FR9701671A patent/FR2761976B1/fr not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2761976B1 (fr) | 1999-06-25 |
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