FR3139136A1 - Matelas de laine minérale à faible densité volumique comprenant des fibres thermoliantes - Google Patents

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Abstract

Titre : Matelas de laine minérale à faible densité volumique, comprenant des fibres thermoliantes. La présente invention concerne un matelas de laine minérale (1) comprenant au moins une pluralité de fibres minérales superposées les unes sur les autres et les unes à côté des autres au sein du matelas de laine minérale (1), les fibres minérales étant solidarisées les unes avec les autres au moyen de fibres thermoliantes, la densité volumique du matelas de laine minérale (1) étant inférieure à 40 kg.m-3 et l’épaisseur du matelas de laine minérale (1) étant supérieure à 50 mm. (Figure 3)

Description

Matelas de laine minérale à faible densité volumique comprenant des fibres thermoliantes.
La présente invention concerne le domaine des matériaux de construction, et plus particulièrement le domaine des matériaux de construction pour bâtiments formés d’un matelas de laine minérale, par exemple du type laine de verre. De tels matériaux de construction sont notamment utilisés pour assurer l’isolation thermique et/ou acoustique.
Les matelas de laine minérale sont couramment utilisés comme matériaux d’isolation destinés à assurer l’isolation thermique et/ou acoustique, par exemple lors de la construction de bâtiments. Les propriétés isolantes des matelas de laine minérale sont obtenues, notamment, par la capacité du matelas de laine minérale à emprisonner de l’air de façon stable et immobile en son sein.
Les matelas de laine minérale sont obtenus par le passage en étuve d’un tapis de fibres minérales, constitué sur un dispositif convoyeur en amont de l’étuve par un mélange de fibres minérales, vierges ou recyclées, enchevêtrées les unes avec les autres, et d’éléments liants destinés à lier les fibres entre elles lors du passage de l’étuve. Ce tapis de fibres minérales peut être réalisé par différents types d’installation, par exemple par un poste de fibrage et de projection de liant liquide sur les fibres minérales obtenues précédemment, le tore de fibres minérales ainsi encollées tombant sur un dispositif convoyeur guidant l’ensemble vers l’étuve. De manière alternative, sans que cela soit limitatif de l’invention, le tapis de fibres minérales formé avant l’étuve peut être obtenu dans un poste dans lequel les fibres minérales et des éléments liants sont soufflés dans un caisson et aspirés sur un dispositif convoyeur guidant l’ensemble vers l’étuve.
La performance d’isolation thermique et/ou acoustique des matelas de laine minérale obtenus après passage en étuve, consistant en des matériaux fibreux non tissés, est notamment fonction de l’agencement des fibres dans le produit fini, afin d’éviter qu’un pont de conduction soit formé d’une face à l’autre du matelas par un groupe de fibres minérales. Cette performance d’isolation dépend ainsi notamment de l’épaisseur et de la densité volumique du matelas de fibres minérales ainsi que de l’interaction des fibres minérales avec le liant avant passage en étuve.
Ces matelas de laine minérale destinés notamment à la construction de bâtiments présentent une épaisseur d’au moins 50mm, de sorte que leurs caractéristiques structurelles se distinguent de matériaux de laine minérale qui peuvent être utilisés dans d’autres applications, comme dans l’automobile par exemple. Les inventeurs ont pu constater que les matelas de laine minérale de l’art antérieur, utilisés dans le bâtiment, bien que performants, ne présentent pas des performances optimales. Certains de ces matelas de laine minérale sont obtenus par une installation de fabrication utilisant un caisson au sein duquel des fibres minérales sont soufflées puis aspirées de sorte à être plaquées contre un dispositif convoyeur emmenant le tapis de fibres minérales ainsi constitué vers une étuve. La répartition des fibres minérales sur le dispositif convoyeur par de telles installation n’est pas satisfaisante et d’autre installation de fabrication formant le tapis de fibres minérales par un dépôt mécanique des fibres minérales les unes sur les autres ont été mises au point.
La présente invention s’inscrit dans ce contexte et vise à proposer un matelas de laine minérale dans lequel l’isolation thermique et/ou acoustique est améliorée en utilisant une installation de fabrication déposant mécaniquement les fibres minérales sur un dispositif convoyeur de l’installation.
Ainsi, la présente invention porte sur un matelas de laine minérale comprenant au moins une pluralité de fibres minérales superposées les unes sur les autres et les unes à côté des autres au sein du matelas de laine minérale, les fibres minérales étant solidarisées les unes avec les autres au moyen de fibres thermoliantes, la densité volumique du matelas de laine minérale étant inférieure à 40 kg.m-3et l’épaisseur du matelas de laine minérale étant supérieure à 50 mm.
Un tel matelas de laine minérale est destiné à la construction de bâtiment. La production de ces panneaux est réalisée par des installations qui brassent les fibres minérales et les déposent mécaniquement sur un dispositif convoyeur alimentant une étuve, de sorte à obtenir une configuration optimale des fibres minérales au sein du matelas de laine minérale. Les inventeurs ont pu déterminer que cette configuration optimale est obtenue par la combinaison d’une épaisseur d’au moins 50 mm et d’une densité volumique du matelas de laine minérale d’au plus 40 kg.m-3, et l’utilisation de fibres thermoliantes. Le matelas de laine minérale selon l’invention est, avantageusement, obtenu par une installation de fabrication par dépôt mécanique des fibres minérales sur un dispositif convoyeur emmenant le tapis de fibres minérales vers une étuve afin d’y être chauffé. Les fibres thermoliantes participe activement à limiter les coûts de production des matelas de laine minérale en limitant les interventions de maintenance et d’entretien.
Selon une caractéristique de l’invention, les fibres minérales sont des fibres de verre.
Selon une caractéristique de l’invention, l’épaisseur du matelas de laine minérale est supérieure à 100 mm.
Selon une caractéristique de l’invention, l’épaisseur du matelas de laine minérale est supérieure à 250mm.
L’épaisseur du matelas de laine minérale qui est ici à considérer est l’épaisseur nominale du matelas, c’est-à-dire l’épaisseur qui peut être constatée par l’utilisateur lors de l’utilisation qui est faite du produit à des fins d’isolation d’un bâtiment notamment.
Conformément à des pratiques connues de l’art antérieur, le matelas de laine minérale selon l’invention est obtenu par le passage dans une étuve, configurée à une température de cuisson déterminée, d’un tapis de fibres minérales, constitué au préalable, le cas échéant sur un dispositif convoyeur dirigeant le tapis de fibres minérales vers l’étuve, par un mélange de fibres minérales, vierges ou recyclées, enchevêtrées les unes avec les autres, et d’éléments liants destinés à lier les fibres entre elles lors du passage de l’étuve.
L’épaisseur nominale peut notamment être mesurée après conditionnement, par exemple lors de l’achat du produit. À titre d’exemple, l’épaisseur nominale telle qu’évoquée ci-dessus est constatée après différentes étapes successives du process de fabrication industriel lors de la mise en œuvre du produit, ces étapes pouvant comprendre, après le passage en étuve du tapis de fibres minérales, la découpe en panneaux ou rouleaux de dimensions appropriées du matelas de laine minérale obtenu après le passage en étuve, la compression de ces panneaux ou rouleaux préalablement à une opération d’emballage, l’emballage et le stockage avant commercialisation.
Selon une caractéristique de l’invention, la masse surfacique du matelas de laine minérale est supérieure à 4000 g.m-². On comprend que l’obtention d’un matelas de laine minérale de faible densité et d’épaisseur supérieure à ce qui est connu de l’art antérieur implique une masse surfacique, ou grammage, supérieure à ce qui est connu. Les inventeurs ont pu cibler une combinaison de plages de valeurs particulièrement avantageuse, avec une densité inférieure à 40 kg.m-3, une épaisseur supérieure à 50 mm et une masse surfacique supérieure à 4000 g.m-².
Selon une caractéristique de l’invention, la densité volumique du matelas de laine minérale est comprise entre 7 kg.m-3et 40 kg.m-3.
Selon une caractéristique de l’invention, la densité volumique du matelas de laine minérale est comprise entre 10 kg.m-3et 35 kg.m-3.
Selon une autre caractéristique de l’invention, la densité volumique du matelas de laine minérale est comprise entre 20 kg.m-3et 30 kg.m-3.
Selon une caractéristique de l’invention, les fibres minérales sont solidarisées les unes avec les autres par voie sèche. Une telle méthode présente l’avantage de ne pas salir des éléments mécaniques d’une installation de fabrication, tels que des rouleaux entre lesquels sont destinées à passer les fibres minérales. En effet, l’utilisation liant sous forme liquide conduit à recouvrir les éléments mécaniques de l’installation de liants qui doit être retiré par la suite, ce qui nécessite de mettre à l’arrêt l’installation de fabrication et donc d’augmenter les coûts de production d’un matelas de laine minérale.
Selon une caractéristique de l’invention, le matelas de laine minérale comprend entre 2% et 30% de fibres thermoliantes. Une telle proportion permet de s’assurer que chaque fibre minérale est liée avec au moins une autre fibre minéral tout en conservant un maximum les propriétés isolantes du matelas de laine minérale.
Selon une caractéristique de l’invention, le matelas de laine minérale comprend entre 3% et 15% de fibres thermoliantes.
Selon une caractéristique de l’invention, le matelas de laine minérale comprend entre 4% et 10% de fibres thermoliantes.
Selon une caractéristique de l’invention, les fibres thermoliantes comprennent un cœur et une gaine, le cœur présentant une température de fusion différente de la température de fusion de la gaine.
L’invention concerne également un procédé de réalisation d’un matelas de laine minérale tel que précédemment évoqué, le procédé de réalisation mettant en œuvre au moins une première étape au cours de laquelle les fibres thermoliantes et les fibres minérales sont mélangées les unes avec les autres, au moins une deuxième étape au cours de laquelle les fibres minérales et les fibres thermoliantes préalablement mélangées sont déposées sur un dispositif convoyeur par l’intermédiaire d’un moyen de guidage mécanique pour former un tapis de fibres minérales, au moins une troisième étape au cours de laquelle le tapis de fibres minérales est acheminé par le dispositif convoyeur jusqu’à une étuve au sein de laquelle les fibres minérales et les fibres thermoliantes sont chauffées pour former le matelas de laine minérale.
Selon une caractéristique de l’invention, le tapis de fibres minérales est réalisé au cours de la deuxième étape de manière continue, en une seule passe au cours de laquelle les fibres participant à former le tapis de fibres minérales passant dans l’étuve sont déposées en série les unes sur les autres.
D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit d’une part, et d’exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d’autre part, sur lesquels :
représente un graphique illustrant la masse surfacique en fonction de leur densité volumique de différents matelas de laine minérale de l’art antérieur et la zone d’intérêt des matelas de laine minérale conforme à la présente invention ;
représente schématiquement une vue générale d’un matelas de laine minérale conforme à la présente invention ;
représente le matelas de laine minérale, tel que représenté par la , lequel est divisé schématiquement en une pluralité de zones, permettant d’illustrer une caractéristique de répartition homogène des fibres au sein du matelas selon l’invention ;
représente une vue locale des fibres minérales et des éléments liants présents au sein du matelas de laine minérale représenté par les figures 1 et 2 ;
représente une installation de fabrication apte à former un matelas de laine minérale conforme à l’invention.
Il faut tout d’abord noter que si les figures exposent l’invention de manière détaillée pour sa mise en œuvre, ces figures peuvent bien entendu servir à mieux définir l’invention, le cas échéant. Il est également à noter que ces figures n’exposent que des exemples de réalisation de l’invention.
Les caractéristiques, les variantes et les différentes formes de réalisation de l’invention peuvent être associées les unes avec les autres, selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite de manière isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique.
Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence.
Dans la description qui va suivre, on se réfèrera à une orientation fonction des axes Longitudinaux, Verticaux et Transversaux tels qu’ils sont définis arbitrairement par le trièdre L, V, T représenté sur les figures 2 à 5. Le choix des appellations de ces axes n’est pas limitatif de l’orientation que peut prendre le matelas de laine minérale.
Pour rappel, l’invention vise un matelas de laine minérale 1 dont la densité volumique est inférieure à 40 kg.m-3, dont l’épaisseur est supérieure à 50 mm et qui comprend des fibres thermoliantes.. Il convient de noter que dans la présente invention et dans la description qui en est faite, on distingue le matelas de laine minérale faisant l’objet de l’invention et un tapis de fibres minérales en ce qu’un matelas de laine minérale est obtenu par le passage en étuve d’un tapis de fibres minérales. Préalablement au passage en étuve, on constitue ledit tapis de fibres minérales, en déposant les unes sur les autres des fibres minérales entremêlées d’éléments liants et c’est la cuisson dans l’étuve de cet ensemble, et le cas échéant différentes étapes ultérieures parmi lesquelles à titre d’exemple une compression avant conditionnement, qui forment le tapis de fibres minérales.
La illustre un graphique 7 représentant la masse surfacique, ou communément désignée par le grammage, exprimée en g.m-2(gramme par mètre carré) en fonction de la densité volumique exprimée en kg.m-3(kilogramme par mètre cube) de différents matelas de laine minérale tels qu’ils ont pu être testés par les inventeurs, par différentes opérations de pesée.
Tel que visible sur ce graphique 7, des premiers matelas de laine minérale de l’art antérieur 5 dont la densité volumique est inférieure à 40 kg.m-3présentent une masse surfacique inférieure à des deuxièmes matelas de laine minérale de l’art antérieur 51 dont la densité volumique est supérieure à 40 kg.m-3. Les matelas de laine minérale polymérisés connus et représentés sur la présentent tous une masse surfacique inférieure à 2000 g. m-2étant bien rappelé qu’il s’agit ici de matelas de laine minérale, comprenant par exemple des fibres de laine de verre, et non pas de la laine de bois pour lequel il est connu d’avoir des masses surfaciques, ou grammage, supérieures. Dans ce contexte de laine minérale et de grammage inférieure à 2000 g. m-2, les matelas de laine minérale de l’art antérieur 5, 51 présentent une masse surfacique qui augmente avec l’augmentation de leur densité volumique.
Il est à noter que la masse surfacique d’un matelas de laine minérale est égale au produit de la densité volumique et de l’épaisseur du matelas de laine minérale. Dans les différents matelas de laine minérale formant l’art antérieur connu, l’épaisseur des premiers et deuxièmes matelas de laine minérale de l’art antérieur 5, 51 est inférieure à 200mm.
Les inventeurs ont pu constater que les premiers matelas de laine minérale de l’art antérieur 5, présentant une très faible densité volumique comprise entre 20 kg.m-3et 35 kg.m-3, ont une masse surfacique comprise entre 700 g.m-2et 1000 g.m-2. Les deuxièmes matelas de laine minérale de l’art antérieur 51, présentant une densité volumique comprise entre 35 kg.m-3et 50 kg.m-3, ont une masse surfacique comprise entre 1000 g.m-2et 2000 g.m-2. On constate que pour les matelas de laine minérale de l’art antérieur 5, 51 l’augmentation de la masse surfacique entraîne l’augmentation de la densité volumique. Il en résulte que les premiers et deuxièmes matelas de laine minérale de l’art antérieur 5 et 51 présentent une épaisseur peu élevée qui limite le volume d’air immobilisé et qui limite ainsi les performances thermiques de ces matelas de laine minérale.
Dans ce contexte, pour appliquer le matelas de laine minérale à des constructions que l’on souhaite isoler et obtenir des propriétés isolantes satisfaisantes, il peut être nécessaire de doubler le matelas de laine minérale, par exemple en le découpant en panneaux que l’on superpose l’un sur l’autre.
Une zone d’intérêt 6 contenant des valeurs de masse surfacique supérieures à 4000 g.m-2et de densité volumique inférieure à 40 kg.m-3est également représentée sur le graphique 7. De tels matelas de laine minérale présentent une répartition homogène des fibres minérales et une densité volumique inférieure à 40 kg.m-3, préférentiellement comprise entre 7 kg.m-3et 40 kg.m-3, plus préférentiellement entre 10 kg.m-3et 35 kg.m-3, plus préférentiellement entre 20 kg.m-3et 30 kg.m-3. Par ailleurs, de tels matelas de laine minérale présentent, selon l’invention, une épaisseur supérieure à 50 mm, préférentiellement supérieure à 100 mm, préférentiellement supérieure à 300 mm, plus préférentiellement supérieure à 400mm.
Les matelas de laine minérale sont formés d’une répartition homogène des fibres minérales apte à limiter la formation de ponts thermiques au sein du matelas de laine minérale et apte ainsi à offrir une meilleure résistance au passage de l’air que les premiers et deuxièmes matelas de laine minérale de l’art antérieur 5 et 51. Ces matelas de laine minérale peuvent être obtenus par différents procédés de fabrication, avec au moins un passage en étuve d’un ensemble de fibres minérales et d’éléments liants formant un tapis de fibres minérales, la cuisson du tapis de fibres minérales aboutissant à un matelas de laine minérale conforme à l’invention, avec une densité volumique homogène et inférieure à 40 kg.m-3. De tels matelas de laine minérale présentent également une épaisseur qui est avantageusement supérieure à 50 mm. Un de ces procédés de fabrication sera décrit plus en détail en lien avec la .
Il est notable que le matelas de laine minérale conforme à l’invention est obtenu sans une étape additionnelle lors de laquelle on double l’épaisseur du matelas de laine minérale en le superposant à lui-même en entrée d’étuve. En d’autres termes, les matelas de laine minérale conformes à la présente invention sont obtenus lors d’un procédé de fabrication linéaire au cours duquel des fibres minérales sont déposées les unes sur les autres pour former un tapis de fibres minérales dont l’épaisseur est suffisante pour qu’une fois passé en étuve, le tapis de fibres minérales devienne un matelas de laine minérale dont l’épaisseur est supérieure à une valeur donnée, notamment supérieure à 50mm, préférentiellement supérieure à 100mm et plus préférentiellement supérieure à 250 mm, avec un grammage, ou masse surfacique, supérieur à 4000 g.m².
La illustre un matelas de laine minérale 1 conforme à la présente invention. Ce matelas de laine minérale 1 s’étend selon une direction d’allongement principal longitudinale, c’est-à-dire une direction sensiblement parallèle à l’axe L. En outre, ce matelas de laine minérale 1 présente une épaisseur supérieure à 50 mm, et plus précisément, dans le mode de réalisation représenté, d’environ 400 mm. Il est à noter que cette épaisseur du matelas de laine minérale 1 est mesurée selon une direction verticale, perpendiculaire à l’axe L et parallèle à l’axe V.
Le matelas de laine minérale 1 est formé d’un enchevêtrement de fibres minérales 2 qui, dans le mode de réalisation représenté, sont des fibres de verre liées les unes aux autres au moyen d’un élément liant. Plus précisément, ces fibres minérales 2 sont superposées les unes sur les autres et les unes à côté des autres au sein du matelas de laine minérale 1 avec une orientation sensiblement parallèle à la direction d’allongement principal longitudinale du matelas de laine minérale 1. Il convient de préciser que l’élément liant permettant de solidariser les fibres minérales 2 les unes avec les autres sera décrit plus en détail dans la description à venir en lien avec la .
Tel que visible sur la , les fibres minérales 2 sont disposées sensiblement longitudinalement au sein du matelas de laine minérale 1, c'est-à-dire selon une direction parallèle à la direction d’allongement principal du matelas de laine minérale 1. Il convient de noter que cette orientation longitudinale des fibres minérales 2 au sein du tapis de fibres minérales, et au sein du matelas de laine minérale 1 après passage en étuve, représente un mode de réalisation de l’invention et que, sans sortir du contexte de l’invention, les fibres minérales 2 peuvent, dans un mode de réalisation alternatif, être orientées différemment et notamment dans des directions différentes dès lors que la répartition des fibres minérales est homogène dans chaque zone du matelas de laine minérale, tel qu’il sera décrit plus en détail en lien avec la , et que la densité volumique de ce même matelas de laine minérale est inférieure à 40 kg.m-3.
Tel que cela a été évoqué précédemment, ce matelas de laine minérale dont la densité volumique est inférieure à 40 kg.m-3et dont la répartition des fibres minérales 2 est homogène peut notamment être obtenu par une installation de fabrication d’un matelas de laine minérale, qui sera décrite plus précisément en lien avec la . En outre, cette installation de fabrication permet d’assurer également la répartition longitudinale des fibres minérales 2 de façon homogène au sein du matelas de laine minérale 1, et notamment de limiter la formation d’agglomérats de fibres minérales 2 au sein du matelas de laine minérale 1.
Il convient de noter que les fibres minérales 2 sont réparties de manière homogène au sein du matelas de laine minérale 1 dans l’épaisseur du matelas de laine minérale 1, c'est-à-dire selon une direction parallèle à l’axe V, et selon une direction transversale perpendiculaire à la direction d’allongement principal longitudinale du matelas de laine minérale 1 et perpendiculaire à l’axe V.
La représente le matelas de laine minérale 1 illustré par la , et plus particulièrement la répartition homogène des fibres minérales 2 au sein du matelas de laine minérale 1.
Tel que visible sur la , le matelas de laine minérale 1 comprend une première zone latérale 11, une deuxième zone latérale 12 et une troisième zone latérale 13.
Ces zones latérales 11 à 13 présentent des dimensions similaires et s’étendent longitudinalement et verticalement depuis une extrémité longitudinale du matelas de laine minérale 1 jusqu’à une extrémité longitudinale opposée. Par ailleurs, chaque zone latérale 11, 12, 13 est décalée par rapport à une zone latérale 11, 12, 13 adjacente selon la direction transversale parallèle à l’axe T et perpendiculaire à la direction d’allongement principal longitudinale du matelas de laine minérale 1.
Le matelas de laine minérale 1 comprend également une première zone verticale 14, une deuxième zone verticale 15 et une troisième zone verticale 16. Ces zones verticales 14 à 16 présentent des dimensions similaires et s’étendent longitudinalement et transversalement depuis une extrémité transversale du matelas de laine minérale 1 jusqu’à une extrémité transversale opposée. Par ailleurs, chaque zone verticale 14, 15, 16 est décalée par rapport à une zone verticale 14, 15, 16 adjacente selon la direction verticale perpendiculaire à la direction d’allongement principal longitudinale du matelas de laine minérale 1 et à la direction transversale.
Il convient de noter que ce découpage en plusieurs zones latérales et en plusieurs zones verticales est arbitraire et qu’un nombre différent de zones latérales ou verticales pourrait être considéré. Ce nombre de trois zones latérales et de trois zones verticales illustre le découpage arbitraire fait lors des calculs et par la suite lors des tests mis en place par les inventeurs pour s’assurer de la véracité des calculs et de la répartition homogène des fibres au sein des matelas produits. Chaque matelas de laine minérale peut ainsi, à titre d’exemple illustratif et non limitatif, être découpé de deux à six zones de 10cm à 30cm.
Le tapis de fibres minérales est tel que la répartition des fibres d’une zone latérale 11-13 à l’autre présente un coefficient de variation inférieur à 5%, préférentiellement inférieur à 3%. En d’autres termes, l’homogénéité des fibres minérales 2 est telle que la quantité de fibres présentes dans une des zones latérales est sensiblement égale à la quantité de fibres présentes dans une autre des zones latérales, avec une variation de quantité de moins de 5%, de préférence de moins de 3%. Pour cette homogénéité de répartition latérale, comme pour l’homogénéité de répartition verticale qui va être évoquée ci-dessous, le coefficient de variation se calcule en pesant et en mesurant l’épaisseur de chacune des zones concernées selon le découpage considéré, latéral ou vertical, conformément, par exemple, à la norme EN 1602. Il en est déduit une densité moyenne ainsi qu’un écart type, en considérant la différence entre la densité moyenne et la densité de chaque zone. Le coefficient de variation est obtenu en divisant l’écart type par la densité moyenne.
De manière analogue, les inventeurs ont pu déterminer par le calcul, et vérifier par les tests mis en œuvre que le tapis de fibres minérales présente, d’une zone verticale 14-16 à l’autre, une répartition des fibres homogène avec un coefficient de variation inférieure à 10%, et préférentiellement inférieure à 5%. En d’autres termes, l’homogénéité des fibres de verre 2 est telle que la quantité de fibres minérales présentes dans une des zones verticales est sensiblement égale à la quantité de fibres présentes dans une autre des zones verticales, avec une variation de quantité inférieure à 10%. Une telle homogénéité de répartition des fibres minérales au sein des zones 11 à 16 permet au matelas de laine minérale 1 d’avoir des propriétés d’isolation thermique et/ou acoustique similaires d’une zone à l’autre, ce qui renforce l’efficacité de l’isolation.
La illustre une vue locale du matelas de laine minérale 1. Plus spécifiquement cette vue du matelas de laine minérale 1 illustre les fibres minérales 2 solidarisées les unes avec les autres par voie sèche. L’utilisation d’éléments liants secs comme moyen de solidarisation des fibres minérales 2 entre elles participe à assurer l’homogénéité des fibres minérales 2 au sein du matelas de laine minérale 1. Cette utilisation d’éléments liants secs participe en outre à l’obtention d’une épaisseur et d’un grammage conformes à ceux préconisés pour le matelas de laine minérale selon l’invention.
A contrario d’une technique d’encollage par voie liquide, avec projection de liant liquide par des buses de projection appropriées, la voie sèche permet de faciliter l’entretien de l’installation de fabrication et de limiter son endommagement. En effet, le liant liquide projeté sur les fibres minérales se dépose sur les rouleaux de l’installation de fabrication. Un tel dépôt de liant doit être retiré pour assurer un fonctionnement optimal de l’installation de fabrication lors de l’opération suivante. Cependant, l’entretien des rouleaux nécessite un arrêt de la chaîne de production augmentant les coûts de fabrication des matelas de laine minérale. Par ailleurs, cette voie sèche ne forme pas d’agglomérats de fibres minérales 2, tel que cela peut être le cas lorsque plusieurs fibres minérales sont piégées dans un liant liquide.
Tel que visible sur la , la solidarisation des fibres minérales 2 les unes avec les autres est assurée par des éléments liants qui, dans le mode de réalisation représenté, sont des fibres thermoliantes 3. Ces fibres thermoliantes 3 sont déposées concomitamment aux fibres minérales 2 pour former le matelas de laine minérale 1 avec une teneur de fibres thermoliantes 3 dans le matelas de laine minérale 1 comprise entre 2% et 30%, préférentiellement entre 3% et 15%, plus préférentiellement entre 4% et 10%.
Dans l’exemple illustré, les fibres thermoliantes 3 sont orientées selon une même direction d’allongement que les fibres minérales 2. En d’autres termes, les fibres thermoliantes 3 et les fibres minérales 2 sont, chacune, orientées selon une direction d’allongement parallèle à la direction d’allongement principal longitudinale du matelas de laine minérale 1.
En outre, les fibres thermoliantes 3 sont formées d’un cœur 31 et d’une gaine 32. Le cœur 31 forme une partie rigide des fibres thermoliantes 3 offrant au matelas de laine minérale 1 une résistance mécanique, tandis que la gaine 32 assure la solidarisation des fibres minérales 2 les unes avec les autres. À cet effet, le cœur 31 et la gaine 32 présentent des températures de fusion différentes, et plus précisément la gaine 32 présente une température de fusion plus basse que le cœur 31.
Ainsi, lors du passage d’un tapis de fibres minérales dans une étuve pour obtenir un matelas de laine minérale conforme à l’invention, la gaine 32 pourra baigner les fibres minérales 2 adjacentes puis se resolidifier en refroidissant en sortie de l’étuve de sorte à solidariser ces fibres minérales les unes avec les autres. Il est à noter que la température de fusion du cœur 31 est prévue pour que, malgré le passage dans l’étuve d’un tapis de fibres minérales constitué du mélange de fibres minérales et de liants, le cœur 31 conserve sa propriété rigide participant à assurer une résistance mécanique au matelas de laine minérale 1 après étuve.
La représente une partie d’une installation de fabrication 4 d’un tapis de fibres minérales 10 apte à former un matelas de laine minérale 1 conforme à l’invention. Il convient de noter que l’installation de fabrication 4, telle qu’elle sera décrite en lien avec la , représente un mode de réalisation qui n’est pas exclusif de la forme que peut prendre l’installation de fabrication, dès lors que celle-ci permet d’obtenir un matelas de laine minérale 1 conforme à l’invention à savoir des fibres minérales 2 solidarisées les unes aux autres par des fibres thermoliantes 3 avec une épaisseur du matelas de laine minérale supérieure à 50 mm et une densité volumique inférieure à 40kg.m-3.
Cette installation de fabrication 4 comprend un poste de répartition 8 en amont duquel, en considérant le sens de circulation des fibres minérales 2, se trouve un dispositif d’alimentation, ici non représenté, d’un tapis de convoyage 42. Au sein du dispositif d’alimentation, les fibres minérales 2 et les fibres thermoliantes 3 sont mélangés de telle sorte que le tapis de fibres minérales 10 comprenne entre 2% et 30% de fibres thermoliantes 3 et entre 70% et 98% de fibres minérales 2.
Le tapis de convoyage 42 est configuré pour se déplacer à une vitesse de défilement, qui peut être modifiée par une instruction de commande appropriée. Le tapis de convoyage 42 présente une extrémité de distribution de fibres qui est disposée en surplomb du poste de répartition 8 précédemment évoqué.
Le poste de répartition 8 comporte au moins un train de rouleaux 81 équipé de rouleaux 811 et un dispositif convoyeur 82 sur lequel est apte à se former, au fur et à mesure du dépôt des fibres minérales 2 et des fibres thermoliantes 3 sur le dispositif convoyeur 82, le tapis de fibres minérales 10. Le train de rouleaux 81 est disposé sur le trajet des fibres minérales 2 entre le tapis de convoyage 42 et le dispositif convoyeur 82.
Le train de rouleaux 81 est formé d’une pluralité de rouleaux 811 disposés en parallèle les uns des autres et aptes à pivoter autour d’axes de rotation 800 parallèles les uns aux autres. Ces rouleaux 811 sont configurés pour permettre d’une part de réaliser une séparation des fibres minérales 2 et éviter le dépôt de fibres minérales 2 agglomérées sur le dispositif convoyeur 82 et d’autre part de réaliser une orientation sensiblement longitudinale de ces fibres minérales 2, perpendiculaire à l’axe de rotation 800 des rouleaux, au sein du tapis de fibres minérales 10.
Dans ce train de rouleaux, on distingue un rouleau proximal, disposé à une première extrémité du train de rouleaux la plus proche du tapis de convoyage 42 et de son extrémité de distribution de fibres, un rouleau distal disposé à l’extrémité opposée du train de rouleaux et une pluralité de rouleaux centraux agencés successivement entre le rouleau proximal et le rouleau distal. Le poste de répartition 8 comporte des moyens de guidage mécanique 19 pour guider les fibres minérales arrivant à l’extrémité de distribution de fibres en direction du train de rouleaux et plus particulièrement en direction du rouleau proximal. Ces moyens de guidage mécanique 19 peuvent prendre différentes formes parmi lesquelles un conduit flexible, un bac rigide formant entonnoir, ou une rampe de guidage tel qu’illustrée sur la , ces moyens de guidage mécanique 19 consistant à guider, notamment vers le rouleau proximal et les rouleaux immédiatement voisins, les fibres minérales tombant par gravité dans un environnement où elles ne sont ni soufflées ni aspirées.
Dans ce contexte, le poste de répartition 8 est configuré pour séparer les fibres minérales 2 les unes des autres pour que les fibres minérales 2 qui n’auraient pas été complètement séparées dans le dispositif d’alimentation, notamment par l’agencement des rouleaux 811 en train de rouleaux 81 au sein duquel les rouleaux 811, qui tournent dans le même sens de rotation, participent à diriger une partie des fibres minérales 2 entre deux rouleaux 811 voisins vers le dispositif convoyeur 82 et une autre partie des fibres minérales 2 vers le rouleau 811 voisin pour avancer le long du train de rouleaux 81 et être déversé plus loin sur le dispositif convoyeur 82.
Le poste de répartition 8 participe à assurer l’homogénéité, transversalement et verticalement, des fibres minérales 2 au sein du tapis de fibres minérales 10. Cette homogénéité, notamment transversale, est permise par des moyens d’étalement, non visibles sur la , prévus au niveau de l’extrémité du tapis de convoyage 42 la plus proche du poste de répartition 8. Ces moyens d’étalement permettent d’étaler les fibres minérales 2 et les fibres thermoliantes 3 sur toute la dimension transversale des rouleaux 811 du train de rouleaux 81, cette dimension transversale étant parallèle à la direction transversale du tapis de fibres minérales 10.
Il est également à noter que l’installation de fabrication 4 est configurée pour former des matelas de laine minérale 1 à l’épaisseur souhaitée en sortie d’étuve, au moins supérieure à 50 mm, notamment en jouant sur l’épaisseur du tapis de fibres minérales en sortie du poste de répartition 8. À titre d’exemple, l’augmentation de l’épaisseur du tapis de fibres minérales 10 et donc l’augmentation de l’épaisseur du matelas de laine minérale 1 est possible en accentuant l’inclinaison du train de rouleaux 81, qui facilite le dépôt successif de fibres minérales 2 et de fibres thermoliantes 3 les unes sur les autres sur une plus grande dimension.
Le dispositif convoyeur 82 emmène le tapis de fibres minérales 10 composé des fibres minérales 2 et des fibres thermoliantes 3 vers une étuve ici non représentée et à l'intérieur de laquelle ces fibres minérales 2 et ces fibres thermoliantes 3 sont chauffées pour réticuler la gaine 32 des fibres thermoliantes 3. En d’autres termes, au sein de l’étuve, les fibres minérales 2 et les fibres thermoliantes 3 sont chauffées de sorte que les fibres minérales 2 se solidarisent les unes avec les autres. Au moins le passage en étuve, et le cas échéant une compression ultérieure et un découpage avant conditionnement, transforme le tapis de fibres minérales 10, au sein duquel les fibres minérales sont solidarisées les unes aux autres au moyen des fibres thermoliantes et selon une densité et une épaisseur déterminées, en un matelas de laine minérale conforme à l’invention.
Il apparaît de la description qui a précédé que l’invention atteint bien le but qu’elle s’était fixé en proposant un matelas de laine minérale dans lequel l’isolation thermique et/ou acoustique est améliorée par une solidarisation des fibres minérales les unes aux autres par des fibres thermoliantes, pour une gamme de produits dont la densité volumique est inférieure à 40 kg.m-3et l’épaisseur supérieure à 50 mm, permettant d’offrir au matelas de laine minérale de meilleures propriétés isolantes en améliorant la résistance au passage de l’air et en limitant la formation de ponts thermiques.
L’invention telle qu’elle vient d’être décrite ne saurait toutefois se limiter aux moyens et configurations exclusivement décrits et illustrés, et s’applique également à tous moyens ou configurations, équivalents et à toute combinaison de tels moyens ou configurations.

Claims (9)

  1. Matelas de laine minérale (1) comprenant au moins une pluralité de fibres minérales (2) superposées les unes sur les autres et les unes à côté des autres au sein du matelas de laine minérale (1), les fibres minérales (2) étant solidarisées les unes avec les autres au moyen de fibres thermoliantes (3), la densité volumique du matelas de laine minérale (1) étant inférieure à 40 kg.m-3et l’épaisseur du matelas de laine minérale (1) étant supérieure à 50 mm.
  2. Matelas de laine minérale (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les fibres minérales (2) sont des fibres de verre.
  3. Matelas de laine minérale (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la densité volumique du matelas de laine minérale (1) est comprise entre 7 et 40 kg.m-3.
  4. Matelas de laine minérale (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’épaisseur du matelas de laine minérale (1) est supérieure à 100 mm.
  5. Matelas de laine minérale (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fibres minérales (2) sont solidarisées les unes avec les autres par voie sèche.
  6. Matelas de laine minérale (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matelas de laine minérale (1) comprend entre 2% et 30% de fibres thermoliantes (3).
  7. Matelas de laine minérale (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fibres thermoliantes (3) comprennent un cœur (31) et une gaine (32), le cœur (31) présentant une température de fusion différente de la température de fusion de la gaine (32).
  8. Procédé de réalisation d’un matelas de laine minérale (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, le procédé de réalisation mettant en œuvre :
    - au moins une première étape au cours de laquelle les fibres thermoliantes (3) et les fibres minérales (2) sont mélangées les unes avec les autres,
    - au moins une deuxième étape au cours de laquelle les fibres minérales (2) et les fibres thermoliantes (3) préalablement mélangées sont déposées sur un dispositif convoyeur (82) par l’intermédiaire d’un moyen de guidage mécanique (19) pour former un tapis de fibres minérales (10),
    - au moins une troisième étape au cours de laquelle le tapis de fibres minérales (10) est acheminé par le dispositif convoyeur (82) jusqu’à une étuve au sein de laquelle les fibres minérales (2) et les fibres thermoliantes (3) sont chauffées pour former le matelas de laine minérale (1).
  9. Procédé de réalisation d’un matelas de laine minérale (1) selon la revendication précédente, dans lequel le tapis de fibres minérales (10) est réalisé au cours de la deuxième étape de manière continue, en une seule passe au cours de laquelle les fibres participant à former le tapis de fibres minérales (10) passant dans l’étuve sont déposées en série les unes sur les autres.
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EP2511586B1 (fr) * 2011-04-14 2014-06-18 Saint-Gobain Isover Produit isolant
EP2558631B1 (fr) * 2010-04-13 2015-07-29 3M Innovative Properties Company Bandes fibreuses inorganiques, épaisses et procédés de fabrication et d'utilisation

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