WO2008047027A1 - Isolant mince pour isolation thermique - Google Patents

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WO2008047027A1
WO2008047027A1 PCT/FR2007/052097 FR2007052097W WO2008047027A1 WO 2008047027 A1 WO2008047027 A1 WO 2008047027A1 FR 2007052097 W FR2007052097 W FR 2007052097W WO 2008047027 A1 WO2008047027 A1 WO 2008047027A1
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WO
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cells
layer
insulation
insulation according
thermal conductivity
Prior art date
Application number
PCT/FR2007/052097
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English (en)
Inventor
Wayne E Shaw
Richard Morlat
Original Assignee
Saint-Gobain Isover
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Publication date
Application filed by Saint-Gobain Isover filed Critical Saint-Gobain Isover
Publication of WO2008047027A1 publication Critical patent/WO2008047027A1/fr

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L59/00—Thermal insulation in general
    • F16L59/02—Shape or form of insulating materials, with or without coverings integral with the insulating materials
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/62—Insulation or other protection; Elements or use of specified material therefor
    • E04B1/74—Heat, sound or noise insulation, absorption, or reflection; Other building methods affording favourable thermal or acoustical conditions, e.g. accumulating of heat within walls
    • E04B1/76—Heat, sound or noise insulation, absorption, or reflection; Other building methods affording favourable thermal or acoustical conditions, e.g. accumulating of heat within walls specifically with respect to heat only
    • E04B1/78—Heat insulating elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L59/00—Thermal insulation in general
    • F16L59/02—Shape or form of insulating materials, with or without coverings integral with the insulating materials
    • F16L59/029—Shape or form of insulating materials, with or without coverings integral with the insulating materials layered
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/62—Insulation or other protection; Elements or use of specified material therefor
    • E04B1/74—Heat, sound or noise insulation, absorption, or reflection; Other building methods affording favourable thermal or acoustical conditions, e.g. accumulating of heat within walls
    • E04B1/76—Heat, sound or noise insulation, absorption, or reflection; Other building methods affording favourable thermal or acoustical conditions, e.g. accumulating of heat within walls specifically with respect to heat only
    • E04B2001/7691—Heat reflecting layers or coatings

Definitions

  • the present invention relates to a thin insulation for thermal insulation, in particular of buildings and containers (such as tanks, pipes, etc.), as well as its method of obtaining.
  • Insulation used for the thermal insulation of walls or roofs of buildings is traditionally in the form of wound felts or panels made of mineral wool (glass or rock) up to 300 mm thick or more.
  • mineral wool glass or rock
  • thin insulators formed of various layers that slow down the transfer of heat, generally including a layer reflecting infrared radiation, have appeared.
  • Such products are, however, much more expensive than the aforementioned traditional products for thermal performance remaining until now at best equivalent.
  • the present invention has sought to develop insulating products even more efficient than the aforementioned products, in particular easy to use in various applications and having further improved thermal performance.
  • the insulating product according to the invention formed of a layered structure containing cells, at least part of which (cells) are filled with a filling (or packing) comprising at least one thermal conductivity material. less than that of air.
  • the insulation according to the invention is in the form of a layered structure (or multilayer or stack of layers or sandwich structure) chosen from different types of layers.
  • the cells may be distributed in one or more layers (or planes) located at different levels (or thicknesses) of the insulation, as shown later, and are generally delimited or supported by at least one layer.
  • each sheet of cells is generally delimited (or formed) by at least two layers (located on either side), and forms a set preferably self-supporting (that is to say manipulable) with said layers delimiting the cells, this set being hereinafter called “cell structure” or “cell-containing structure”.
  • a cell structure it is possible for example to use: a) a thin "bubble film” type structure, formed of at least two layers in the form of films (or membranes or films or sheets) based on material (s) synthetic (s) containing a plurality of bubbles (forming the cells); or b) a "blister" type structure (generally thicker and stiffer and optionally using specific layers such as gas-tight layers, metal layers, etc.) enclosing a plurality of cells (forming the cells) ; or else c) a structure associating:
  • at least one layer (in the form of a film, matte, etc.) supporting or delimiting the cells is generally formed (of a film or fibers) of at least one material organic or plastic based on a polymer or a copolymer, generally of the polyolefin or polyester type (optionally grafted, halogenated, etc.), for example a polyethylene, a polypropylene, a polyvinyl chloride, a polyamide 6 or 6-6 etc., a polyvinyl alcohol or copolymer of ethylene and vinyl alcohol, etc.
  • This layer may also comprise or be formed, if appropriate, of an inorganic material, for example mineral fibers.
  • This layer may be associated with another layer (to form the cells) identical or of the same nature or of a different nature (for example a polymer film and a reflective layer may be associated as indicated later).
  • Several materials can also be combined, in a mixture or in several films or layers (for example a double polypropylene / polyethylene sheet) can be used, to delimit one side and / or the other of cells.
  • one or more layers of a cell structure can be additivées, especially when one or more properties and / or functions are sought.
  • at least one layer supporting or delimiting the cells may be perforated or porous or with selective permeability, for example to allow the introduction of the lining (in particular when it is gaseous) into the cells during the manufacture of the cells.
  • insulation (said layer being then coupled to at least one other layer, impervious or at least impervious to the constituent (s) of the lining) or to let a certain amount of water vapor pass and / or to allow breathing substrates coated with insulation, without allowing the lining to pass (for example it may be a layer with variable permeability as a function of the relative humidity, possibly combined with a reflective layer, such as those described for example in the patent applications EP0821755 and WO2005 / 040517), etc.
  • At least one heat-shrinkable film can also be used to delimit the cells in order to obtain, for example, a more compact structure, etc.
  • the cells are advantageously closed cells within the insulator (as indicated above, they may optionally be delimited by a porous or permeable layer, leaving or not the lining of the cells, this layer being coupled to a layer if necessary. tight to prevent leakage of the cells lining into the insulation once formed).
  • the cells can be of different shapes and / or sizes, even within the same structure, so as to occupy a large area and avoid thermal bridges at the junctions between cells.
  • the cells may have a semi-spherical shape, or a round, oval, rectangular square, or other (not necessarily geometric) section.
  • the cells are generally regularly distributed, for example in several parallel rows, arranged where appropriate staggered with respect to each other to optimize the coverage rate, or may possibly be distributed more disordered.
  • the coverage rate of the cells on the same plane is generally at least 50% (and can reach up to 80% or even 90%) for at least one cell structure of the insulation according to the invention. This rate may vary according to the structures as a function of their number in the insulation (for example a structure containing cells distributed at regular and close intervals may be combined with a structure having smaller and more spaced cells intended to be housed between the cells of the previous structure to limit the thermal bridges).
  • the cells are preferably as close as possible, the distance between the cells not generally exceeding 3 mm.
  • the dimensions (length, width, or diameter) of the cells do not generally exceed 50 mm, in particular are advantageously less than or equal to about 30 mm, and are generally at least 5 mm, the thickness of the cells not generally exceeding 15 mm, and generally being at least 5 mm (in particular being between 5 and 13 mm).
  • the bubbles or cells usually contain dry, stable air already attenuating heat exchange. In the present invention, this air is at least partially (or entirely) replaced by at least one material that greatly increases the insulating power of the product.
  • the cells may be wholly or partially filled with one or more materials of which at least a thermal conductivity lower than that of air.
  • the thermal conductivity ⁇ (in W / mK) of each cell packing material represents the amount of heat passing through said material alone (per m 2 of material and when the temperature difference between the two faces is 1 ° K) .
  • thermal conductivity ⁇ compared with identical pressure and temperature, in particular at atmospheric pressure (1 bar) and ambient temperature (between 10 and 25 ° C.)
  • the conductivity of the material alone is necessarily less than its equivalent thermal conductivity (mixed with air) if the latter is less than that of the air.
  • the filling of the cells comprises several materials (at least one of thermal conductivity lower than that of air according to the invention)
  • not all materials of the filling necessarily have a thermal conductivity lower than that of the air, provided that the equivalent thermal conductivity of the filling (measured on the mixture of said materials of the filling) remains lower than that of the air.
  • the lining of the cells according to the invention is advantageously of the gaseous and / or solid type, and is preferably at least partly solid, in particular the cells are lined with at least one solid material, organic and / or inorganic, of porosity high, especially nanoporous type (that is to say nanoscale pores), especially open pores.
  • the filling rate of the cells is preferably at least 50% by volume.
  • the thermal conductivity material or materials less than that of the air filling the cells comprise (or consist of) aerogels, organic and / or inorganic (for example aerogels). carbon, polyurethane, silica, phenolics, etc.), these aerogels being particularly preferably silica aerogels.
  • the aerogels are generally in the form of powder, granules, beads, grains, blocks or other pieces (hereinafter generally referred to as particles) of size (diameter or length) generally comprised (especially for silica) of between 5 ⁇ m and 5 mm.
  • Aerogels are highly porous, open-pore materials whose pore size is nanometric (size or diameter with pores generally ranging between 5 and 50 nm, the specific surface of the aerogels - measured by the BET method according to ISO 9277 - being greater than 400 m 2 / g), the aerogels having a bulk density of less than 0.3 g / cm 3 (for example from 0.05 to 0.15 g / cm 3 for the silica).
  • the aerogels are generally obtained from a gel manufactured, for example by hydrolysis in the presence of a solvent and then gelling with catalysis, from an organic or inorganic precursor, and then by evaporation or extraction of the gel-forming liquid (for example at high temperature and / or under pressure) in order to replace said liquid with a gas (in particular air). Aerogels can be produced especially in the form of foam, balls, blocks that are divided if necessary, etc. to obtain the aforementioned particles.
  • the one or more materials of thermal conductivity lower than that of air include (or consist of) fumed silica.
  • the fumed silica is amorphous silica with a very high degree of purity obtained for example by passing through a flame, in the presence of oxygen, a silicon compound such as a silane or a silicon chloride in order to remove the organic part of the compound.
  • the fumed silica is usually in the form of a powder formed of particles (or grains or agglomerates) of size (diameter or length) ranging in particular from 1 to 100 ⁇ m, and has a bulk thermal conductivity (measured on the pile of powder, mixed with air) of the order of 20 to 25 mW / mK (the intrinsic thermal conductivity ⁇ intrinsic material, that is to say the thermal conductivity ⁇ of each grain of fumed silica in the powder, being lower ).
  • the fumed silica is a nanoporous material with open pores, the pore size of the fumed silica generally ranging from 5 to 500 nm and its specific surface area being generally greater than 200 m 2 / g.
  • the thermal conductivity material or materials less than that of the air lining the cells include (or consist of) one or more rare gases such as argon (of ⁇ of the order of 17 mW / mK) and / or krypton (of ⁇ of the order of 9 mW / mK) and / or xenon ( of ⁇ of the order of 6 mW / mK), and / or at least one other gas such as pentane (of ⁇ of the order of 15 mW / mK) or carbon dioxide CO 2 (of ⁇ order of 15 mW / mK).
  • rare gases such as argon (of ⁇ of the order of 17 mW / mK) and / or krypton (of ⁇ of the order of 9 mW / mK) and / or xenon ( of ⁇ of the order of 6 mW / mK)
  • pentane of ⁇ of the order of 15 mW
  • the gas or gases of the filling can be integrated in a solid substrate (useful for their handling or manufactured in correlation with the said gas), this substrate solid, which can also be optionally a constituent of the filling, in particular can be included in a solid material of microporous type with closed pores such as a foam (for example polyurethane or polyethylene, the foam could be formed in using a foaming agent having released said gas), the mixture formed by the substrate and said gas (s) advantageously having a thermal conductivity lower than that of air (for example of the order of 23). at 25 mW / mK for a foam containing pentane).
  • a foam for example polyurethane or polyethylene
  • the above-mentioned material (s) may be combined with one another and / or with materials of different characteristics (not necessarily having a lower thermal conductivity than air) to form the lining, ensuring that the Equivalent thermal conductivity of the lining remains lower than that of the air; for example, it is possible (and advantageous) to combine (as lining of the cells) one or more of the aforementioned solid materials (such as fumed silica, aerogels) with each other (for example to optimize compaction of the packing), and / or to combine it (s) with at least one rare gas, and / or to add an opacifier (such as carbon black, graphite, an oxide such as TiO 2 titanium dioxide, etc., this opacifier being able in particular to be added to the aerogels during their manufacture at the level of the gel or on the particles obtained) to limit heat transfer by radiative effect and / or a material of thermal conductivity greater than that of the air nevertheless limiting the heat transfer by at least a mode (for example another type of si
  • the stack of layers forming the insulating product according to the invention comprises at least one reflective layer, this layer reflecting the so-called "thermal" infrared radiation (that is to say in the corresponding wavelength range to the radiation of a black body brought to about 20-30 ° C., ie about 5 to 50 micrometers), preferably a layer (or optionally a multilayer structure) having an emissivity of less than 20% (or a reflection greater than 80% ), the emissivity being the normal emissivity at 283K calculated according to EN12898 from a spectrum in reflection in the spectral range 5 - 50 micrometers, the emissivity corresponding to the value of 100% to which the average is subtracted arithmetic R n of the reflection factor calculated on 30 measurements along the spectral range considered.
  • the so-called "thermal" infrared radiation that is to say in the corresponding wavelength range to the radiation of a black body brought to about 20-30 ° C., ie about 5 to 50 micrometers
  • the reflective layer may be in various ways: it may advantageously be a layer in the form of a sheet or film or any other initially independent or free-standing or free layer (that is to say do not need another layer in support), or it may be a layer produced as a deposit on another support layer, etc.
  • the layer may be for example a metal sheet (for example an aluminum foil) or comprising metal; this layer is preferably assembled to the other layer (s) of the insulation via (or placed in the insulation in contact with) a film compatible with the reflective layer (and possibly with the adjacent layer), generally a polymer film based on polyolefin (s) or polyester (in particular a polyethylene terephthalate film), this film may or may not be one of the layers delimiting the cells, and / or via an adhesive, such as than a polyurethane glue.
  • a metal sheet for example an aluminum foil
  • this layer is preferably assembled to the other layer (s) of the insulation via (or placed in the insulation in contact with) a film compatible with the reflective layer (and possibly with the adjacent layer), generally a polymer film based on polyolefin (s) or polyester (in particular a polyethylene terephthalate film), this film may or may not be one of the layers delimiting the cells, and / or via an adhesive, such as than a polyurethan
  • the independent reflecting layer may be planed or reinforced (in particular so as not to tear), for example by adding a grid of organic fibers or inorganic (glass fibers), in particular between the reflecting layer and the aforementioned polymer film, the reflecting sheet assembly, the polymer film and possibly the reinforcement being able to be joined before the manufacture of the insulation in the same multilayer structure, for example to using intermediate layers of polyurethane glue and / or calendering, etc.
  • a reflective layer manufactured in deposition on another layer of the insulator it may be a nanoscale deposition (made for example by sputtering, magnetron, plasma deposition, vapor deposition, under vacuum, etc.), the deposit being for example a metal deposit (thin metal layer for example based on aluminum, copper, zinc, silver, and / or other metals or metal compounds in particular good conductors of electricity and / or alloys between these metals, etc.), pure or almost pure or possibly doped or alloyed (for example to protect the layer from the effects of corrosion), this deposition being carried out on another layer as support (such as a plastic or polymer layer, the assembly formed by the support layer and the reflective deposit being for example in the form of a metallized polymer film, for example an aluminized polyethylene), the layer reflective or the support on which is deposited the reflective layer may optionally be one of the layers defining a cell structure.
  • a metal deposit thin metal layer for example based on aluminum, copper, zinc, silver, and / or
  • the reflective layer is generally continuous, but it can also be discontinuous (for example in the form of a screening, mesh, picket, etc., and / or it can also be perforated or porous, for example micro-breathable, as already mentioned) and / or irregular, said layer advantageously having a coverage ratio of at least 95% and preferably appearing as continuous.
  • the reflective layer may be surmounted by another layer, for example protection against corrosion, scratching, tearing, etc. (for example another thin layer in the case of a reflective layer made by magnetron deposition , or a plastic film, or a varnish, etc.).
  • the insulation may advantageously comprise a reflective layer in at least one of its faces, in particular when said face is intended to be exposed to air, or even comprises at least one reflecting layer (outer) on each of its two opposite faces of larger dimensions, the insulation may also include one or more internal reflective layers (eg a reflective layer in the middle of the product).
  • the insulator according to the invention may comprise at least one internal reflective layer, the presence of reflective layer (s) in combination with the cells provided with the packing according to the invention allowing, where appropriate obtaining a particularly effective insulating product while remaining thin, the performance being further improved when an inner reflective layer is present (where appropriate in combination with two outer reflecting layers).
  • the insulation according to the invention comprises at least one cell structure
  • the structure comprises at least (or consists of) two cell structures (generally identical but may also consist of different materials) superimposed (the cells facing each other if necessary), possibly with at least two layers reflective in outer faces (as shown later in FIGS. 2 and 3).
  • the structures can be made integral by the addition of an intermediate layer, such as a hot-melt type fuse layer or a polyethylene film between the two rows of superposed cells.
  • a reflective layer may also be interposed where appropriate between the two rows of cells.
  • the structures may be superimposed so that the cells of a structure are placed as much as possible with respect to the junction zones between cells of the second structure (as subsequently illustrated in FIGS. 3 and 4) to avoid a lesser effectiveness of the insulation in these junction zones likely to form thermal bridges.
  • the insulation thus formed of at least two staggered structures is particularly satisfactory because it allows a performance and more homogeneous thermal insulation over its entire surface. It is also possible, as mentioned above, to leave areas, for example fixing zones by stapling, without cells or having unfilled cells.
  • the insulating product according to the invention may optionally comprise other layers, such as at least one reinforcing layer (for example a grid as mentioned above), and / or at least one mat or veil or nonwoven, and / or at least one layer of foam, and / or at least one layer of glass wool, and / or at least one polymer layer optionally incorporating an infrared absorber, and / or at least one layer of adhesive, and / or at least one grid of hanging to facilitate the installation or holding of the product, etc.
  • at least one reinforcing layer for example a grid as mentioned above
  • Each row of cells can be protected (in addition, where appropriate, from the 2 layers delimiting it) by a protective layer, for example of the polyethylene type, added to the top of the cells, other protective layers that can also be used, for example to protect the reflective layers, or connecting layers can also be interposed (intermediate layers) as already mentioned.
  • a protective layer for example of the polyethylene type
  • other protective layers for example to protect the reflective layers
  • connecting layers can also be interposed (intermediate layers) as already mentioned.
  • the layers forming the product are laid one on the other and joined together in different ways, in particular the different sheets, films or other (initially) independent layers can be assembled by welding (thermal, ultrasound), by gluing, stapling, sewing, etc.
  • the independent layers are made integral by localized or pointwise bonds (by welding, sewing, etc.), for example by lines or points, at various specific locations of the product (for example on edges or at regular intervals along the length of the product) in particular to maintain a certain flexibility of the product (allowing for example its winding) and to avoid thermal bridges.
  • the layers can be welded thermally by, for example, melting the surface of the materials (for example polymers) of the layer or layers or by providing a fusible interlayer (such as a hot-melt layer or a polyethylene or polyethylene terephthalate layer).
  • a fusible interlayer such as a hot-melt layer or a polyethylene or polyethylene terephthalate layer.
  • the insulating product according to the invention is advantageously a thin insulator, its thickness not generally exceeding 100 mm, and preferably being less than 50 mm, and particularly preferably less than 30 mm.
  • the thickness of each cell structure is preferably less than about 15 mm (generally between about 5 and 15 mm), the thickness of each layer possibly forming a cell structure or each protective film or film. intermediate being generally less than 300 microns, preferably less than 100 microns (and generally greater than or equal to 10 microns).
  • the thickness of each reflecting layer is generally less than 100 ⁇ m, preferably less than 20 ⁇ m, or even less than 100 nm if it is a nanometric deposit (for example by magnetron, etc.).
  • the insulation according to the invention is generally in the form of a sheet, or possibly a sheet, preferably flexible, and can be optionally wound up.
  • the insulation according to the invention constitutes a thermal barrier retaining heat where appropriate in winter and returning solar radiation in summer, this insulation more generally preventing the transfer of heat (by conduction, convection, radiation ...) and allowing reduce energy consumption, etc.
  • it is resistant to thermal shocks (temperature changes), also participates in sound insulation and allows a gain in living space.
  • the improved thermal performance of the insulation according to the invention constitutes a thermal barrier retaining heat where appropriate in winter and returning solar radiation in summer, this insulation more generally preventing the transfer of heat (by conduction, convection, radiation ...) and allowing
  • the insulation according to the invention also has a thermal conductivity (overall) ⁇ less than 35, preferably less than 30 mW / m ° K, and particularly preferably less than 25 mW / m.
  • the traditional mineral wool mattresses have a thermal conductivity ⁇ greater than 35, in particular of the order of 40 mW / mK).
  • the insulating product according to the invention also advantageously reflects heat at least 80%, in particular at least 90 or even 95% (especially in the presence of at least one reflective layer).
  • the subject of the invention is also a method for obtaining an insulator according to the invention, said method comprising at least one step of incorporating at least one material of thermal conductivity lower than that of the air into at least one part of the cells of the insulation.
  • the cell structure is of the bubble film or blister type, it can be obtained in a known manner, for example by thermoforming at least one heated plastic film (resulting for example from an extrusion / rolling device) and / or applying it to a matrix (for example a drum) having recessed shapes, with, if appropriate, one or more means for pressing the film into the recesses (suction under vacuum, vacuum, counter pressure, etc.) and then assembling (hot welding) the film to another layer (or several other layers) to close the bubbles.
  • the mat When the cell structure is formed from a fiber mat (or mat) covered with a film closing the cells, the mat can be formed in a known manner, for example by dry process with deposition of fibers from a die on a carpet and possibly mechanical (needling) or chemical (binder) bonding fibers between them, holes corresponding to the cells being then practiced in the mat by appropriate tools (cutters, water jet, laser, etc.) the mat is then assembled to a film closing the cells.
  • the incorporation of material (x) of thermal conductivity lower than that of air into the cells can be done in different ways, simultaneously with the manufacture of the cell structure (for example, when it is about solid materials by filling the depressions formed on one of the layers delimiting the cells before welding the other layer) and / or subsequently (for example by injection into the cells, then clogging of the cells and / or application of at least one other layer). It is also possible to evacuate the cells (especially if one of the layers delimiting the cells is porous as mentioned above, the layer then being coupled to another layer, sealed) or the cell structure (possibly already filled with one or solid material (s)), a rare gas may or may not be reintroduced after.
  • each reflective layer can be performed online during the manufacture of the cell structure; for example, when it is a free sheet, it can be laminated, heat sealed, welded, stapled, etc., to a layer delimiting the cells at the output of the cell shaping device (for example at the output of drum); in the case of a deposit, it can be deposited by any known thin-film deposition process (especially adapted to the deposition on polymers), for example chemical vapor deposition, possibly assisted by plasma, sputtering process or magnetron process, possibly assisted by a magnetic field, vacuum evaporation method, electrolytic deposition technique, etc.
  • any known thin-film deposition process especially adapted to the deposition on polymers
  • chemical vapor deposition possibly assisted by plasma, sputtering process or magnetron process, possibly assisted by a magnetic field, vacuum evaporation method, electrolytic deposition technique, etc.
  • the different layers of the insulation can be assembled in different ways such as welding (s), gluing (s), stapling (s), seam (s), localized (s) or continuous (s), etc. .
  • the insulation is flexible enough to be packaged in roll form.
  • FIG. 1 represents a perspective diagram (interior of the cells in section) of an example of an insulator according to the invention.
  • FIG. 2 represents a sectional diagram of another example of an insulator according to the invention.
  • FIG. 3 represents a sectional diagram of an example of an insulator according to the invention.
  • FIG. 4 represents a sectional diagram of another example of an insulator according to the invention.
  • the same types of components are designated by the same references from one figure to another.
  • the insulator 1 comprises at least one cell structure (for example of the bubble film type) formed of two films 2, 2 'of synthetic material containing cells 5 and bordered on at least one of its faces by a reflective layer 3, the cells being lined with one or more materials 4 of thermal conductivity lower than that of air.
  • the insulator is formed of only one structure and in the second ( Figure 2) and the third ( Figure 3) embodiments, it is formed of two superimposed structures and at least two reflective layers 3 in outer layers on the larger faces of the stack.
  • the cells of the two structures face each other, while advantageously they are shifted in FIG.
  • Figure 2 and Figure 3 may represent two different insulators according to the invention or it may be cuts made in two different places of the same insulation.
  • the cells of a structure are here represented aligned in two directions but they can also be more advantageously be arranged staggered or less orderly to limit the effects of thermal bridges.
  • the cells of the associated structures are here shown well dissociated for better understanding but in practice can be pressed against each other giving a more compact system to minimize in particular the empty spaces between the rows of cells.
  • the layers 2 'and 3 may be initially independent layers or the layer 3 (in the case of a deposit) may be associated with the layer 2' (the assembly being for example a metallized film).
  • the insulator is formed of six cell structures 5 arranged in pairs so that the cells of each pair are turned towards each other, the stack formed being lined on its two outer faces by a reflective layer 3.
  • other layers may be present, in particular interposed between two cell structures or between the cell structures and the reflective layers shown.
  • at least one reflecting layer may be interposed inside, in particular in the middle, of the stack and / or at least one layer for bonding and / or protecting the cells, for example a hot-melt film.
  • polyethylene may be interposed between the two rows of cells of the structures associated in pairs of Figures 2 to 4, and / or at least one layer of foam and / or glass wool and / or a mat and / or a grid may to be added, and / or a protective layer of the cells may be added to the (outer) surface of the cells of Figure 1, etc.
  • the layers can be assembled in various ways not shown, in particular by soldered points (for example at regular intervals) along the length of the product.
  • the following examples illustrate the insulation performance measured with insulators according to the invention with respect to a reference insulator for the same insulation thickness of 25 mm.
  • the insulator is formed on the model of the insulation shown in FIG. 3, with two superimposed bubble films, each bubble film being formed of two polyethylene films, the stack formed by the two films bubbles being coated on each of its two outer faces of larger dimensions by a multilayer structure (aluminized structure) comprising (going from the outside of the insulator inwards) an aluminum foil, a layer of polyurethane glue, a grid of glass son, a polyurethane glue layer, and a polyethylene layer, this aluminized structure having an emissivity of the order of 5% (the emissivity of the aluminum foil being of the same order).
  • the bubbles have a diameter of the order of 30 mm and a height (or thickness) of the order of 12.5 mm, the surface area of bubbles of each bubble film being of the order of 80%.
  • bubbles typically contain
  • the measured thermal resistance value R is 0.4 m 2 .K / W.
  • the bubbles are this time filled, with a filling level of 60% by volume, of particles of a silica airgel marketed under the reference "Nanogel” by Cabot, the average diameter of the airgel particles being of the order of 1 to 2 mm, and this airgel having a bulk ⁇ of the order of 18-19 mW / mK.
  • the measured thermal resistance value R is 0.8 m 2. .K / W, twice the performance of a thickness equal to that of the reference insulation.
  • an additional emissivity aluminum film of 3% is also added between the two bubble structures of the previous insulation according to the invention.
  • the measured thermal resistance value R is 1 m 2 .K / W, which is even higher than the previous insulation according to the invention.
  • the bubbles of the insulator in addition to the airgel particles mentioned above, contain Argon ( ⁇ of the order of 17 mW / mK) instead of air.
  • the measured thermal resistance value R is 1.2 m 2 .K / W, which is still improved performance and three times greater in thickness equal to those of the reference insulator.
  • the previous insulators according to the invention also have thermal conductivities (global) of the order of 20 to 30 mW / m.sup.-K placing them in the best insulators in this area for a thickness advantageously low, optimized performance can be still obtained by playing on the shape, size, filling (rate, materials) of cells, etc.
  • the products are easy to manufacture and use (flexible).
  • the insulation according to the invention is particularly suitable for use inside the building envelopes, especially in the attic, on the walls or roofs inside the houses, for the insulation of containers (heater water, tub, hose, etc.), etc.

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Abstract

L'invention a pour objet un isolant formé d'une structure en couches renfermant des cellules (5) dont au moins une partie sont garnies d'un remplissage comprenant au moins un matériau (4) 3 de conductivité thermique inférieure à celle de l'air, ainsi que son procédé de fabrication.

Description

ISOLANT MINCE POUR ISOLATION THERMIQUE
La présente invention concerne un isolant mince pour l'isolation thermique, en particulier de bâtiments et contenants (tels que réservoirs, tuyaux, etc), ainsi que son procédé d'obtention.
Les isolants utilisés pour l'isolation thermique de murs ou toits de bâtiments se présentent traditionnellement sous forme de feutres enroulés ou de panneaux formés de laine minérale (de verre ou de roche) d'épaisseur pouvant atteindre 300 mm ou plus. Pour des raisons, notamment, d'encombrement et de souplesse d'utilisation, on a cherché à mettre au point des produits isolants de plus faible épaisseur sans pour autant nuire aux propriétés recherchées, en matière d'isolation thermique notamment. Ainsi sont apparus ces dernières années des isolants minces formés de diverses couches freinant le transfert de chaleur, dont généralement une couche réfléchissant les rayonnements infrarouges. De tels produits sont cependant bien plus coûteux que les produits traditionnels précités pour des performances thermiques restant jusqu'à présent au mieux équivalentes.
La présente invention a cherché à mettre au point des produits isolants encore plus performants que les produits précités, en particulier faciles d'utilisation dans des applications variées et présentant des performances thermiques encore améliorées.
Ce but est atteint grâce au produit isolant selon l'invention, formé d'une structure en couches renfermant des cellules dont au moins une partie (des cellules) sont garnies d'un remplissage (ou garnissage) comprenant au moins un matériau de conductivité thermique inférieure à celle de l'air. L'isolant selon l'invention se présente sous forme d'une structure en couches (ou multicouches ou empilement de couches ou structure sandwich) choisies parmi différents types de couches. Les cellules peuvent être réparties suivant une ou plusieurs nappes (ou plans) situées à différents niveaux (ou à différentes épaisseurs) de l'isolant, comme illustré ultérieurement, et sont généralement délimitées ou supportées par au moins une couche. Plus particulièrement, chaque nappe de cellules est généralement délimitée (ou formée) par au moins deux couches (situées de part et d'autre), et forme un ensemble préférentiellement autoportant (c'est-à-dire manipulable) avec lesdites couches délimitant les cellules, cet ensemble étant ci-après appelé « structure à cellules » ou « structure renfermant les cellules ».
Comme structure à cellules, on peut par exemple employer : a) une structure mince de type « film à bulles », formée d'au moins deux couches sous forme de films (ou membranes ou pellicules ou feuilles) à base de matière(s) synthétique(s) renfermant une pluralité de bulles (formant les cellules) ; ou b) une structure de type « blister » (généralement plus épaisse et rigide et utilisant le cas échéant des couches spécifiques telles que des couches étanches aux gaz, des couches métalliques, etc.) renfermant une pluralité d'alvéoles (formant les cellules) ; ou encore c) une structure associant :
- une couche sous forme d'une nappe (ou d'un matelas) formée de fibres (organiques et/ou éventuellement inorganiques) enchevêtrées (mat ou non tissé) ou formée d'une mousse (synthétique ou naturelle), dans laquelle sont pratiqués (ou creusés) une pluralité d'évidements (formant les cellules) débouchant généralement sur une face (voire deux faces, mais étant de préférence non traversants) de la nappe, et
- au moins une couche sous forme d'un film à base de matière(s) synthétique(s) appliqué sur la ou le cas échéant chacune des faces appropriées de la nappe de façon à venir obturer les évidements ; etc. Quel que soit le type de structure à cellules, au moins une couche (sous forme d'un film, mat, etc.) supportant ou délimitant les cellules est généralement formée (d'un film ou de fibres) d'au moins une matière organique ou plastique à base d'un polymère ou d'un copolymère, généralement de type polyoléfine ou polyester (éventuellement greffé, halogène, etc), par exemple un polyéthylène, un polypropylène, un chlorure de polyvinyle, un polyamide 6 ou 6-6, etc, un polyalcool vinylique ou copolymère d'éthylène et de vinylalcool, etc. Cette couche peut également comprendre ou être formée le cas échéant d'un matériau inorganique, par exemple de fibres minérales. Cette couche peut être associée à une autre couche (pour former les cellules) identique ou de même nature ou de nature différente (par exemple on peut associer un film polymère et une couche réfléchissante comme indiqué ultérieurement).
Plusieurs matières (en particulier différents (co-)polymères) peuvent également être associées, en mélange ou en plusieurs films ou couches (par exemple on peut utiliser un double feuillet polypropylène/polyéthylène), pour délimiter un côté et/ou l'autre des cellules. En outre, une ou plusieurs couches d'une structure à cellules (ou plus généralement de l'isolant) peuvent être additivées, notamment lorsqu'une ou plusieurs propriétés et/ou fonctions sont recherchées. Le cas échéant, au moins une couche supportant ou délimitant les cellules peut être perforée ou poreuse ou à perméabilité sélective, par exemple pour permettre l'introduction du garnissage (en particulier lorsqu'il est gazeux) dans les cellules lors de la fabrication de l'isolant (ladite couche étant alors couplée à au moins une autre couche, étanche ou au moins imperméable au(x) constituant(s) du garnissage) ou pour laisser passer une certaine quantité de vapeur d'eau et/ou pour permettre la respiration des supports revêtus de l'isolant, sans pour autant laisser passer le garnissage (par exemple il peut s'agir d'une couche à perméabilité variable en fonction de l'humidité relative, éventuellement combinée avec une couche réfléchissante, comme celles décrites par exemple dans les demandes de brevets EP0821755 et WO2005/040517), etc. On peut également utiliser au moins un film thermorétractable pour délimiter les cellules afin d'obtenir par exemple une structure plus compacte, etc.
Les cellules sont avantageusement des cellules fermées au sein de l'isolant (comme indiqué précédemment, elles peuvent le cas échéant être délimitées par une couche poreuse ou perméable, laissant ou non passer le garnissage des cellules, cette couche étant couplée au besoin à une couche étanche pour empêcher la fuite du garnissage des cellules dans l'isolant une fois formé).
Les cellules peuvent être de différentes formes et/ou de différentes tailles, même au sein d'une même structure, de façon notamment à occuper une surface importante et éviter les ponts thermiques aux jonctions entre cellules.
En particulier, les cellules peuvent présenter une forme semi-sphérique, ou une section ronde, ovale, carrée rectangulaire, ou autre (non nécessairement géométrique). Les cellules sont généralement régulièrement réparties, par exemple en plusieurs rangées parallèles, disposées le cas échéant en quinconce les unes par rapport aux autres pour optimiser notamment le taux de couverture, ou peuvent éventuellement être réparties de façon plus désordonnée.
Le taux de couverture des cellules sur un même plan (taux surfacique) est généralement d'au moins 50% (et peut atteindre jusqu'à 80 % voire 90%) pour au moins une structure à cellules de l'isolant selon l'invention, ce taux pouvant varier selon les structures en fonction de leur nombre dans l'isolant (par exemple une structure renfermant des cellules réparties à intervalles réguliers et rapprochés peut être combinée à une structure présentant des cellules plus petites et plus espacées destinées à venir se loger entre les cellules de la structure précédente pour limiter les ponts thermiques). Dans le cas de l'utilisation d'une seule structure à cellules, les cellules sont de préférence le plus rapprochées possible, la distance entre les cellules n'excédant pas généralement 3 mm.
Le cas échéant, il peut être intéressant de prévoir des zones différenciées (sans cellules ou pourvues de cellules sans garnissage), selon les endroits (par exemple dans les zones destinées à permettre la fixation de l'isolant sur un support à isoler, zones dans lesquelles les bulles sont susceptibles d'être percées).
Pour des questions notamment de mise en œuvre (facilité de découpage et adaptabilité aux supports à isoler), les dimensions (longueur, largeur, ou diamètre) des cellules n'excèdent pas généralement 50 mm, en particulier sont avantageusement inférieures ou égales à environ 30 mm, et sont généralement d'au moins 5 mm, l'épaisseur des cellules n'excédant pas généralement 15 mm, et étant généralement d'au moins 5 mm (en particulier étant comprise entre 5 et 13 mm). Dans les structures à cellules existantes du type film à bulles, les bulles ou cellules renferment habituellement un air sec et stable atténuant déjà les échanges thermiques. Dans la présente invention, cet air est au moins en partie (voire entièrement) remplacé par au moins un matériau permettant d'augmenter grandement le pouvoir isolant du produit. Dans la présente invention, les cellules (généralement la totalité des cellules de l'isolant mais il peut également s'agir d'une partie seulement des cellules de l'isolant) peuvent être entièrement ou partiellement remplies par un ou plusieurs matériaux dont au moins un de conductivité thermique inférieure à celle de l'air. La conductivité thermique λ (en W/m.K) de chaque matériau de garnissage des cellules représente la quantité de chaleur passant au travers dudit matériau seul (par m2 de matériau et lorsque la différence de température entre les deux faces est de 1 °K). Les valeurs de conductivité thermique λ (comparées à pression et température identiques, en particulier à pression atmosphérique (1 bar) et température ambiante (entre 10 et 250C)) et les valeurs respectives de résistance thermique R (λ = e/R, e étant l'épaisseur du matériau mesuré) sont mesurées sur le modèle de la norme ISO 8302 (en particulier méthode de la plaque chaude gardée) ou ISO 8301 (méthode fluxmétrique), la conductivité thermique de l'air étant de l'ordre de 26 mW/m.K (à température ambiante et pression atmosphérique). Dans le cas notamment où le matériau est sous forme particulaire rendant difficile la mesure de la conductivité thermique du matériau seul, la conductivité thermique équivalente ou « en vrac » du matériau, en mélange avec l'air, est plus commodément déterminée, la conductivité thermique du matériau seul étant nécessairement inférieure à sa conductivité thermique équivalente (en mélange avec l'air) si cette dernière est inférieure à celle de l'air. A noter que lorsque le remplissage des cellules comprend plusieurs matériaux (dont au moins un de conductivité thermique inférieure à celle de l'air conformément à l'invention), tous les matériaux du remplissage ne présentent pas nécessairement chacun une conductivité thermique inférieure à celle de l'air, pour autant que la conductivité thermique équivalente du remplissage (mesurée sur le mélange desdits matériaux du remplissage) reste inférieure à celle de l'air.
Le garnissage des cellules selon l'invention est avantageusement de type gazeux et/ou solide, et est de préférence au moins en partie solide, en particulier les cellules sont garnies d'au moins un matériau solide, organique et/ou inorganique, de porosité élevée, en particulier de type nanoporeux (c'est-à-dire à pores de taille nanométrique), notamment à pores ouverts. Lorsque le ou les matériaux de conductivité thermique inférieure à celle de l'air garnissant les cellules sont uniquement solides, le taux de remplissage des cellules est de préférence d'au moins 50% en volume.
Suivant une forme de réalisation, particulièrement préférée, de l'invention, le ou les matériaux de conductivité thermique inférieure à celle de l'air garnissant les cellules comprennent (ou consistent en) des aérogels, organiques et/ou inorganiques (par exemple des aérogels de carbone, de polyuréthane, de silice, phénoliques, etc), ces aérogels étant de façon particulièrement préférée des aérogels de silice. Les aérogels se présentent généralement sous forme de poudre, granulés, billes, grains, blocs ou autres morceaux (ci-après globalement désignés par particules) de taille (diamètre ou longueur) généralement comprise (notamment pour la silice) entre 5 μm et 5 mm, et présentent une conductivité thermique en vrac (mesurée sur l'amas de particules, en mélange avec l'air) de l'ordre de 15 à 25 mW/m.K (la conductivité thermique λ de chaque particule d'aérogel étant inférieure). Les aérogels sont des matériaux hautement poreux, à pores ouverts, dont la taille des pores est nanométrique (la taille ou le diamètre des pores étant généralement compris entre 5 et 50 nm, la surface spécifique des aérogels - mesurée par la méthode BET selon la norme ISO 9277 - étant supérieure à 400 m2/g), les aérogels présentant une densité en vrac inférieure à 0.3 g/cm3 (allant par exemple de 0.05 à 0.15 g/cm3 pour la silice). Les aérogels sont généralement obtenus à partir d'un gel fabriqué, par exemple par hydrolyse en présence d'un solvant puis gélification avec catalyse, à partir d'un précurseur, organique ou inorganique, puis par évaporation ou extraction du liquide formant le gel (par exemple à haute température et/ou sous pression) afin de remplacer ledit liquide par un gaz (en particulier de l'air). Les aérogels peuvent être produits notamment sous forme de mousse, billes, blocs que l'on divise le cas échéant, etc. afin d'obtenir les particules précitées.
Suivant une forme de réalisation, le ou les matériaux de conductivité thermique inférieure à celle de l'air comprennent (ou consistent en) de la silice pyrogénée. La silice pyrogénée est de la silice amorphe à très haut degré de pureté obtenue par exemple en passant dans une flamme, en présence d'oxygène, un composé silicié tel qu'un silane ou un chlorure de silicium afin d'enlever la partie organique du composé. La silice pyrogénée se présente habituellement sous forme de poudre formée de particules (ou grains ou agglomérats) de taille (diamètre ou longueur) allant notamment de 1 à 100 μm, et présente une conductivité thermique en vrac (mesurée sur l'amas de poudre, en mélange avec l'air) de l'ordre de 20 à 25 mW/m.K (la conductivité thermique λ intrinsèque du matériau, c'est-à-dire la conductivité thermique λ de chaque grain de silice pyrogénée dans la poudre, étant inférieure). La silice pyrogénée est un matériau de type nanoporeux à pores ouverts, la taille des pores de la silice pyrogénée allant généralement de 5 à 500 nm et sa surface spécifique étant généralement supérieure à 200 m2/g. Etant sous forme de particules de taille micrométrique, elle peut le cas échéant être avantageusement utilisée en combinaison avec une matière de garnissage à particules plus volumineuses telle que les aérogels afin de combler le vide entre lesdites particules. Suivant une forme de réalisation, le ou les matériaux de conductivité thermique inférieure à celle de l'air garnissant les cellules comprennent (ou consistent en) un ou plusieurs gaz rares tels que l'argon (de λ de l'ordre de 17 mW/m.K) et/ou le krypton (de λ de l'ordre de 9 mW/m.K) et/ou le xénon (de λ de l'ordre de 6 mW/m.K), et/ou au moins un autre gaz tel que le pentane (de λ de l'ordre de 15 mW/m.K) ou le dioxyde de carbone CO2 (de λ de l'ordre de 15 mW/m.K). Le cas échéant, le ou les gaz du remplissage (en particulier le pentane ou le CO2) peuvent être intégrés dans un substrat solide (utile à leur manipulation ou fabriqué en corrélation avec le(s)dit(s) gaz), ce substrat solide pouvant ainsi être également le cas échéant un constituant du remplissage, en particulier peuvent être inclus dans un matériau solide de type microporeux à pores fermés tel qu'une mousse (par exemple de polyuréthane ou de polyéthylène, la mousse ayant pu être formée à l'aide d'un agent moussant ayant libéré ledit gaz), le mélange formé par le substrat et le(s)dit(s) gaz présentant avantageusement une conductivité thermique inférieure à celle de l'air (par exemple de l'ordre de 23 à 25 mW/m.K pour une mousse renfermant du pentane). Le cas échéant, le ou les matériaux précités peuvent être combinés entre eux et/ou avec des matériaux aux caractéristiques différentes (ne présentant pas nécessairement de conductivité thermique inférieure à celle de l'air) pour former le garnissage, en veillant à ce que la conductivité thermique équivalente du garnissage reste inférieure à celle de l'air ; par exemple, il est possible (et avantageux) de combiner (comme garnissage des cellules) un ou des matériaux solides précités (tels que silice pyrogénée, aérogels) entre eux (afin par exemple d'optimiser le compactage du garnissage), et/ou de le(s) combiner avec au moins un gaz rare, et/ou d'ajouter un opacifiant (tel que du noir de carbone, du graphite, un oxyde tel que du dioxyde de titane TiO2, etc, cet opacifiant pouvant notamment être ajouté aux aérogels lors de leur fabrication au niveau du gel ou sur les particules obtenues) pour limiter les transferts de chaleur par effet radiatif et/ou un matériau de conductivité thermique supérieure à celle de l'air limitant néanmoins les transferts de chaleur par au moins un mode (par exemple un autre type de silice que la silice pyrogénée limitant notamment les transferts de chaleur par effet radiatif), et/ou éventuellement de mettre sous vide, au moins partiel, la structure ou les cellules garnies d'un ou plusieurs des matériaux solides précités, et/ou d'agglomérer ou d'englober le(s) matériau(x) de conductivité thermique inférieure à celle de l'air avec un liant solide ou liquide (tel que du polystyrène expansé ou du polyuréthanne sous forme de mousse ou une colle à base de latex, de résine de silicone, de résine époxy, de polyuréthane, une colle hot-melt, etc.), etc, le taux de matériau(x) de conductivité thermique supérieure à celle de l'air le cas échéant présent(s) restant inférieur à 50%, de préférence inférieur à 30% et généralement inférieur à 10% en volume du garnissage.
Le fait d'enfermer ou encapsuler le ou les matériaux de conductivité thermique inférieure à celle de l'air dans les cellules précitées, outre le fait d'augmenter le pouvoir isolant du produit, présente également l'avantage de permettre une manipulation plus facile de ces matériaux, en particulier lorsqu'ils sont sous forme de particules, et de s'affranchir des problèmes de poussière ou de détérioration desdits matériaux (protection contre les chocs, l'écrasement des particules, etc.), maintenant également par là même leur pouvoir isolant. De préférence, l'empilement de couches formant le produit isolant selon l'invention comprend au moins une couche réfléchissante, cette couche réfléchissant le rayonnement infrarouge dit « thermique » (c'est-à-dire dans le domaine de longueurs d'ondes correspondant au rayonnement d'un corps noir porté à environ 20-300C, soit environ 5 à 50 micromètres), de préférence une couche (ou éventuellement une structure multicouches) présentant une émissivité inférieure à 20% (ou une réflexion supérieure à 80%), l'émissivité étant l'émissivité normale à 283K calculée selon la norme EN12898 à partir d'un spectre en réflexion dans la gamme spectrale 5 - 50 micromètres, l'émissivité correspondant à la valeur de 100% à laquelle on soustrait la moyenne arithmétique Rn du facteur de réflexion calculée sur 30 mesures le long de la gamme spectrale considérée.
La couche réfléchissante peut se présenter de différentes façons : il peut avantageusement s'agir d'une couche sous forme d'une feuille ou d'un film ou de toute autre couche initialement indépendante ou autoportante ou libre (c'est-à- dire n'ayant pas besoin d'une autre couche en support), ou il peut s'agir d'une couche produite sous forme d'un dépôt effectué sur une autre couche support, etc.
Comme couche réfléchissante initialement indépendante, il peut s'agir par exemple d'une feuille métallique (par exemple une feuille d'aluminium) ou comportant du métal ; cette couche est de préférence assemblée à la ou aux autres couches de l'isolant par l'intermédiaire (ou placée dans l'isolant au contact) d'un film compatible avec la couche réfléchissante (et le cas échéant avec la couche adjacente), généralement un film polymère à base de polyoléfine(s) ou de polyester (en particulier un film de polyéthylène téréphtalate), ce film pouvant être ou non une des couches délimitant les cellules, et/ou par l'intermédiaire d'une colle, telle qu'une colle de polyuréthane. Le cas échéant (en particulier lorsqu'elle est placée sur une face de l'isolant), la couche réfléchissante indépendante peut être surfacée ou renforcée (notamment pour ne pas se déchirer) par exemple par l'ajout d'une grille de fibres organiques ou inorganiques (fibres de verre), en particulier entre la couche réfléchissante et le film polymère précité, l'ensemble feuille réfléchissante, film polymère et éventuellement renfort pouvant être réuni avant la fabrication de l'isolant en une même structure multicouches, par exemple à l'aide de couches intermédiaires de colle de polyuréthane et/ou par calandrage, etc. Dans le cas d'une couche réfléchissante fabriquée en dépôt sur une autre couche de l'isolant, il peut s'agir d'un dépôt de type nanométrique (fait par exemple par pulvérisation cathodique, magnétron, dépôt plasma, dépôt en phase vapeur, sous vide, etc.), le dépôt étant par exemple un dépôt métallique (couche mince métallique par exemple à base d'aluminium, de cuivre, de zinc, d'argent, et/ou d'autre métaux ou composés métalliques en particulier bons conducteurs de l'électricité et/ou d'alliages entre ces métaux, etc.), pur ou quasiment pur ou éventuellement dopé ou allié (par exemple pour protéger la couche des effets de la corrosion), ce dépôt étant effectué sur une autre couche servant de support (telle qu'une couche plastique ou polymère, l'ensemble formé par la couche support et le dépôt réfléchissant se présentant par exemple sous forme d'un film polymère métallisé, par exemple un polyéthylène aluminisé), la couche réfléchissante ou le support sur lequel est déposé la couche réfléchissante pouvant le cas échéant être l'une des couches délimitant une structure à cellules. La couche réfléchissante est généralement continue, mais elle peut aussi être discontinue (par exemple sous forme d'un tramage, maillage, piquetage, etc, et/ou elle peut également être perforée ou poreuse, par exemple micro-respirante, comme déjà évoqué) et/ou irrégulière, ladite couche présentant avantageusement un taux de couverture d'au moins 95% et apparaissant de préférence comme continue. Le cas échéant, la couche réfléchissante peut être surmontée d'une autre couche, par exemple de protection contre la corrosion, la rayure, le déchirement, etc (par exemple une autre couche mince dans le cas d'une couche réfléchissante faite par dépôt magnétron, ou un film plastique, ou un vernis, etc).
L'isolant peut avantageusement comprendre une couche réfléchissante en au moins une de ses faces, en particulier lorsque ladite face est destinée à être exposée à l'air, voire comprend au moins une couche réfléchissante (extérieure) sur chacune de ses deux faces opposées de plus grande dimensions, l'isolant pouvant également comprendre une ou plusieurs couches réfléchissantes internes (par exemple une couche réfléchissante au milieu du produit). Selon un mode de réalisation préféré, l'isolant selon l'invention peut comprendre au moins une couche réfléchissante interne, la présence de couche(s) réfléchissante(s) en combinaison avec les cellules munies du garnissage selon l'invention permettant le cas échéant l'obtention d'un produit isolant particulièrement performant tout en restant mince, les performances pouvant être encore améliorées lorsqu'une couche réfléchissante interne est présente (le cas échéant en combinaison avec deux couches réfléchissantes extérieures). L'isolant selon l'invention comprend au moins une structure à cellules
(voire consiste en une structure à cellules, au moins une des couches délimitant les cellules pouvant être éventuellement une couche réfléchissante). Selon un mode de réalisation préféré, il comprend au moins (ou consiste en) deux structures à cellules (généralement identiques mais pouvant également être constituées de matériaux différents) superposées (les cellules se faisant face le cas échéant), avec éventuellement au moins deux couches réfléchissantes en faces extérieures (comme illustré ultérieurement en figures 2 et 3). Les structures peuvent être rendues solidaires par l'adjonction d'une couche intermédiaire, telle qu'une couche fusible de type hot-melt ou un film polyéthylène entre les deux rangées de cellules superposées. Une couche réfléchissante peut également être intercalée le cas échéant entre les deux rangées de cellules. De façon préférée, les structures peuvent être superposées de façon à ce que les cellules d'une structure se placent le plus possible au regard des zones de jonction entre cellules de la seconde structure (comme illustré ultérieurement en figures 3 et 4) pour éviter une efficacité moindre de l'isolant en ces zones de jonction susceptibles de former des ponts thermiques. L'isolant ainsi formé d'au moins deux structures décalées est particulièrement satisfaisant car il permet une isolation thermique performante et plus homogène sur toute sa surface. Il est également possible, comme évoqué précédemment, de laisser des zones, par exemple des zones de fixation par agrafage, sans cellules ou présentant des cellules non garnies.
Le produit isolant selon l'invention peut éventuellement comprendre d'autres couches, telles qu'au moins une couche de renfort (par exemple une grille comme précité), et/ou au moins un mat ou voile ou non tissé, et/ou au moins une couche de mousse, et/ou au moins une couche de laine de verre, et/ou au moins une couche polymère incorporant éventuellement un absorbeur infrarouge, et/ou au moins une couche de colle, et/ou au moins une grille d'accrochage pour faciliter la pose ou la tenue du produit, etc. Chaque rangée de cellules peut être protégée (en plus le cas échéant des 2 couches la délimitant) par une couche de protection, par exemple de type polyéthylène, ajoutée au sommet des cellules, d'autres couches de protection pouvant également être utilisées, par exemple pour protéger les couches réfléchissantes, ou des couches de liaison peuvent également être intercalées (couches intermédiaires) comme déjà évoqué.
Les couches formant le produit sont posées les unes sur les autres et solidarisées entre elles de différentes façons, en particulier les différents feuilles, films ou autres couches (initialement) indépendantes peuvent être assemblées par soudure (thermique, ultrasons), par collage, agrafage, couture, etc. Selon un mode avantageux de réalisation de l'invention, les couches indépendantes sont rendues solidaires par des liaisons localisées ou ponctuelles (par soudure, couture, etc.) par exemple par lignes ou points, en divers endroits déterminés du produit (par exemple sur les bords ou à intervalles réguliers sur la longueur du produit) notamment pour conserver une certaine souplesse du produit (permettant pas exemple son enroulement) et éviter les ponts thermiques. La soudure des couches par voie thermique peut être effectuée par exemple par fusion en surface des matériaux (par exemple polymères) de la ou des couches ou par l'apport d'une couche intermédiaire fusible (telle qu'une couche hot-melt ou une couche polyéthylène ou polyéthylène téréphtalate).
Le produit isolant selon l'invention est avantageusement un isolant mince, son épaisseur n'excédant pas généralement 100 mm, et étant de préférence inférieure à 50 mm, et de façon particulièrement préférée inférieure à 30 mm. L'épaisseur de chaque structure à cellules est préférentiellement inférieure à 15 mm environ (généralement comprise entre 5 et 15 mm environ), l'épaisseur de chaque couche formant le cas échéant une structure à cellules ou de chaque film de protection ou de chaque film intermédiaire étant généralement inférieure à 300 μm, de préférence inférieure à 100 μm (et généralement supérieure ou égale à 10 μm). L'épaisseur de chaque couche réfléchissante est généralement inférieure à 100 μm, de préférence inférieure à 20 μm, voire inférieure à 100 nm s'il s'agit d'un dépôt nanométrique (par exemple par magnétron, etc.). L'isolant selon l'invention se présente généralement sous forme d'une nappe, ou éventuellement d'une feuille, de préférence flexible, et peut être le cas échéant conditionné enroulé. L'isolant selon l'invention constitue une barrière thermique retenant le cas échéant la chaleur en hiver et renvoyant le rayonnement solaire en été, cet isolant empêchant plus généralement le transfert de chaleur (par conduction, convection, rayonnement...) et permettant de réduire la consommation d'énergie, etc. En outre, il résiste aux chocs thermiques (changements de température), participe également à l'isolation phonique et permet un gain de volume habitable. Léger et généralement souple (ou flexible), il épouse toutes les formes et peut être mis en œuvre et se découper le cas échéant facilement. Il peut être fixé sur ou autour des surfaces ou produits à isoler par différents moyens (collage, agrafage, fixation par vis, etc.), aucun équipement particulier n'étant nécessaire pour le poser. Les performances thermiques améliorées de l'isolant selon l'invention
(dues à la structure particulière de l'isolant, en particulier au remplissage des cellules) se traduisent par des valeurs de résistance thermique R (égale au rapport entre l'épaisseur e du produit et sa conductivité thermique : R = e/λ) du produit significativement plus élevées que celles des produits existants à épaisseur égale, comme illustré ultérieurement, la résistance thermique permettant de caractériser la capacité d'un produit à s'opposer au passage du flux thermique, un produit étant d'autant plus isolant que sa résistance R est élevée. L'isolant selon l'invention présente également une conductivité thermique (globale) λ inférieure à 35, de préférence inférieure à 30 mW/m.°K, et de façon particulièrement préférée inférieure à 25 mW/m.°K environ (à titre de comparaison, les matelas de laine minérale traditionnels présentent une conductivité thermique λ supérieure à 35, en particulier de l'ordre de 40 mW/m.K). Le produit isolant selon l'invention réfléchit également avantageusement la chaleur à au moins 80%, en particulier à au moins 90 voire 95% (notamment en cas de présence d'au moins une couche réfléchissante).
L'invention a encore pour objet un procédé d'obtention d'un isolant selon l'invention, ledit procédé comprenant au moins une étape d'incorporation d'au moins un matériau de conductivité thermique inférieure à celle de l'air dans au moins une partie des cellules de l'isolant. Lorsque la structure à cellules est de type film à bulles ou blister, elle peut être obtenue de façon connue, par exemple en thermoformant au moins un film de matière synthétique chauffé (issu par exemple d'un dispositif d'extrusion/laminage) et/ou l'appliquant sur une matrice (par exemple un tambour) présentant des formes en creux, avec le cas échéant un ou des moyens pour plaquer le film dans les creux (aspiration sous vide, dépression, contre pression, etc) puis en assemblant (soudant à chaud) le film à une autre couche (voire plusieurs autres couches) venant fermer les bulles.
Lorsque la structure à cellules est formée à partir d'un matelas de fibres (ou mat) revêtu d'un film fermant les cellules, le mat peut être formé de façon connue, par exemple par voie sèche avec dépôt de fibres issues d'une filière sur un tapis et éventuellement accrochage mécanique (aiguilletage) ou chimique (liant) des fibres entre elles, des trous correspondant aux cellules étant ensuite pratiqués dans le mat par des outils appropriés (emporte-pièces, jet d'eau, laser, etc), le mat étant ensuite assemblé à un film fermant les cellules. L'incorporation de matériau(x) de conductivité thermique inférieure à celle de l'air dans les cellules peut se faire de différentes façons, simultanément à la fabrication de la structure à cellules (par exemple, lorsqu'il s'agit de matériaux solides, en remplissant les creux formés sur l'une des couches délimitant les cellules avant soudure de l'autre couche) et/ou postérieurement (par exemple par injection dans les cellules, puis colmatage des cellules et/ou application d'au moins une autre couche). Il est aussi possible de faire le vide dans les cellules (notamment si l'une des couches délimitant les cellules est poreuse comme évoqué précédemment, la couche étant ensuite couplée à une autre couche, étanche) ou la structure à cellules (éventuellement déjà remplies d'un ou de matériau(x) solide(s)), un gaz rare pouvant ou non être réintroduit à la suite.
Le dépôt de chaque couche réfléchissante peut être réalisé en ligne lors de la fabrication de la structure à cellules ; par exemple, lorsqu'il s'agit d'une feuille libre, elle peut être contre-collée, thermocollée, soudée, agrafée, etc, à une couche délimitant les cellules en sortie du dispositif de conformation des cellules (par exemple en sortie de tambour) ; lorsqu'il s'agit d'un dépôt, elle peut être déposée par tout procédé de dépôt de couche mince connu (adapté notamment au dépôt sur polymères), par exemple dépôt chimique en phase vapeur, éventuellement assisté par plasma, procédé de pulvérisation cathodique ou procédé magnétron, éventuellement assisté par un champ magnétique, procédé d'évaporation sous vide, technique de dépôt électrolytique, etc. Comme indiqué précédemment, les différents couches de l'isolant peuvent être assemblées de différentes façons telles que soudure(s), collage(s), agrafage(s), couture(s), localisé(s) ou continu(s), etc. De préférence, l'isolant est assez flexible pour être conditionné sous forme de rouleau. Les figures suivantes illustrent la présente invention sans toutefois la limiter.
La figure 1 représente un schéma en perspective (intérieur des cellules en coupe) d'un exemple d'isolant selon l'invention.
La figure 2 représente un schéma en coupe d'un autre exemple d'isolant selon l'invention.
La figure 3 représente un schéma en coupe d'un exemple d'isolant selon l'invention.
La figure 4 représente un schéma en coupe d'un autre exemple d'isolant selon l'invention. Les mêmes types de composants sont désignés par les mêmes références d'une figure à l'autre.
L'isolant 1 selon l'invention comprend au moins une structure à cellules (par exemple de type film à bulles) formée de deux films 2, 2' de matière synthétique renfermant des cellules 5 et bordée sur au moins une de ses faces par une couche réfléchissante 3, les cellules étant garnies d'un ou de matériaux 4 de conductivité thermique inférieure à celle de l'air. Dans le premier mode de réalisation (figure 1 ), l'isolant n'est formé que d'une seule structure et dans le deuxième (figure 2) et le troisième (figure 3) modes de réalisation, il est formé de deux structures superposées et d'au moins deux couches réfléchissantes 3 en couches extérieures sur les faces de plus grandes dimensions de l'empilement. Dans la figure 2, les cellules des deux structures se font face, alors que de façon avantageuse elles sont décalées dans la figure 3.
A noter que la figure 2 et la figure 3 peuvent représenter deux isolants différents selon l'invention ou il peut s'agir de coupes effectuées en deux endroits différents d'un même isolant. De même, les cellules d'une structure sont ici représentées alignées suivant deux directions mais elles peuvent aussi plus avantageusement être disposées en quinconce ou de façon moins ordonnée pour limiter les effets de ponts thermiques. Egalement, les cellules des structures associées sont ici représentées bien dissociées pour une meilleure compréhension mais en pratique peuvent être pressées les unes contre les autres donnant un système plus compact pour minimiser notamment les espaces vides entre les rangées de cellules. Egalement, les couches 2' et 3 peuvent être des couches initialement indépendantes ou la couche 3 (dans le cas d'un dépôt) peut être associée à la couche 2' (l'ensemble étant par exemple un film métallisé).
Dans le quatrième mode de réalisation (figure 4), l'isolant est formé de six structures à cellules 5 agencées par paires de façon à ce que les cellules de chaque paire soient tournées les unes vers les autres, l'empilement formé étant bordé sur ses deux faces externes par une couche réfléchissante 3.
Dans tous les modes illustrés, d'autres couches (non représentées) peuvent être présentes, en particulier intercalées entre deux structures à cellules ou entre les structures à cellules et les couches réfléchissantes représentées. En particulier, au moins une couche réfléchissante peut être intercalée à l'intérieur, en particulier au milieu, de l'empilement et/ou au moins une couche pour le collage et/ou la protection des cellules, par exemple un film hot-melt ou polyéthylène, peut être intercalée entre les deux rangées de cellules des structures associées par paire des figures 2 à 4, et/ou au moins une couche de mousse et/ou de laine de verre et/ou un mat et/ou une grille peuvent être ajoutés, et/ou une couche de protection des cellules peut être ajoutée en surface (extérieure) des cellules de la figure 1 , etc. De même, les couches peuvent être assemblées de diverses façons non représentées, notamment par des points de soudure opérés (par exemple à intervalles réguliers) sur la longueur du produit.
Les exemples suivants illustrent les performances en matière d'isolation mesurées avec des isolants selon l'invention par rapport à un isolant de référence pour une même épaisseur d'isolant de 25 mm. Dans tous les exemples, l'isolant est formé sur le modèle de l'isolant représenté en figure 3, avec deux films à bulles superposés, chaque film à bulles étant formé de deux films de polyéthylène, l'empilement formé par les deux films à bulles étant revêtu sur chacune de ses deux faces extérieures de plus grandes dimensions par une structure multicouches (structure aluminisée) comprenant (en allant de l'extérieur de l'isolant vers l'intérieur) une feuille d'aluminium, une couche de colle polyuréthane, une grille de fils de verre, une couche de colle polyuréthane, et une couche de polyéthylène, cette structure aluminisée présentant une émissivité de l'ordre de 5% (l'émissivité de la feuille d'aluminium étant du même ordre). Les bulles présentent un diamètre de l'ordre de 30 mm et une hauteur (ou épaisseur) de l'ordre de 12.5 mm, le taux surfacique de bulles de chaque film à bulles étant de l'ordre de 80%. Dans l'exemple de référence, les bulles renferment classiquement de l'air.
La valeur de résistance thermique R mesurée est de 0.4 m2.K/W.
Dans un premier exemple d'isolant selon l'invention, les bulles sont cette fois remplies, avec un taux de remplissage de 60% en volume, de particules d'un aérogel de silice commercialisé sous la référence « Nanogel » par la société Cabot, le diamètre moyen des particules d'aérogel étant de l'ordre de 1 à 2 mm, et cet aérogel présentant un λ en vrac de l'ordre de 18-19 mW/m.K. La valeur de résistance thermique R mesurée est de 0.8 m2.K/W, soit des performances deux fois supérieures à épaisseur égale à celles de l'isolant de référence.
Dans un second exemple d'isolant selon l'invention, un film supplémentaire d'aluminium d'émissivité de 3% est également ajouté entre les deux structures à bulles de l'isolant précédent selon l'invention. La valeur de résistance thermique R mesurée est de 1 m2.K/W, soit des performances encore supérieures par rapport à l'isolant précédent selon l'invention.
Dans un troisième exemple d'isolant selon l'invention reprenant l'isolant du second exemple précédent selon l'invention incorporant un film interne d'aluminium, les bulles de l'isolant, en plus des particules d'aérogel précitées, renferment de l'argon (de λ de l'ordre de 17 mW/m.K) à la place de l'air. La valeur de résistance thermique R mesurée est de 1.2 m2.K/W, soit des performances encore améliorées et trois fois supérieures à épaisseur égale à celles de l'isolant de référence. Les isolants précédents selon l'invention présentent également des conductivités thermiques (globales) de l'ordre de 20 à 30 mW/m.°K les plaçant dans les meilleurs isolants dans ce domaine pour une épaisseur avantageusement faible, des performances optimisées pouvant être encore obtenues en jouant sur la forme, la taille, le remplissage (taux, matériaux) des cellules, etc.
Dans chacun des cas, les produits sont faciles à fabriquer et à utiliser (souples).
L'isolant selon l'invention est notamment adapté à être utilisé à l'intérieur des enveloppes de bâtiments, en particulier dans les combles, sur les murs ou les toits à l'intérieur des habitations, pour l'isolation des containers (chauffe-eau, cuve, tuyau, etc), etc.

Claims

REVENDICATIONS
1. Isolant, formé d'une structure en couches renfermant des cellules dont au moins une partie sont garnies d'un remplissage comprenant au moins un matériau de conductivité thermique inférieure à celle de l'air.
2. Isolant selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comprend au moins une couche réfléchissante.
3. Isolant selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que son épaisseur n'excède pas 100 mm.
4. Isolant selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le ou les matériaux de conductivité thermique inférieure à celle de l'air, comprennent des aérogels.
5. Isolant selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le ou les matériaux de conductivité thermique inférieure à celle de l'air, comprennent de la silice pyrogénée.
6. Isolant selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le ou les matériaux de conductivité thermique inférieure à celle de l'air, comprennent un ou des gaz rares et/ou du pentane et/ou du dioxyde de carbone.
7. Isolant selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le remplissage comprend au moins un liant et/ou une mousse.
8. Isolant selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que structure en couches comporte au moins une couche supportant ou délimitant les cellules, sous forme d'un film ou de mat à base de matière organique et/ou inorganique.
9. Isolant selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une structure à cellules de type film à bulles.
10. Isolant selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux structures à cellules superposées.
11. Isolant selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une couche réfléchissante formant une face externe du produit.
12. Isolant selon l'une des revendications 1 à 11 , caractérisée en ce qu'il comprend au moins une couche réfléchissante interne.
13. Isolant selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisée en ce qu'il comprend au moins une couche réfléchissante portée par un film plastique, tel qu'un film métallisé, ou associée à un film plastique.
14. Isolant selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisée en ce qu'il est assez flexible pour être conditionné sous forme de rouleau.
15. Procédé d'obtention d'un isolant selon l'une des revendications 1 à 14, ledit procédé comprenant au moins une étape d'incorporation d'au moins un matériau de conductivité thermique inférieure à celle de l'air dans au moins une partie des cellules de l'isolant.
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