WO2024013248A1 - Procede de fabrication d'un panneau isolant opitimise, panneau isolant et structure isolante comportant un tel panneau - Google Patents

Procede de fabrication d'un panneau isolant opitimise, panneau isolant et structure isolante comportant un tel panneau Download PDF

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WO2024013248A1
WO2024013248A1 PCT/EP2023/069357 EP2023069357W WO2024013248A1 WO 2024013248 A1 WO2024013248 A1 WO 2024013248A1 EP 2023069357 W EP2023069357 W EP 2023069357W WO 2024013248 A1 WO2024013248 A1 WO 2024013248A1
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WO
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straw
mixture
insulating
panel
insulating panel
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/069357
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English (en)
Inventor
Serge FAUVRE
Pierre Fehr
Rémy GRUNNAGEL
Charles Herrmann
Original Assignee
Cibb (Construction Innovation Bois Beton)
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Publication date
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    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C2/00—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels
    • E04C2/02—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials
    • E04C2/10—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials of wood, fibres, chips, vegetable stems, or the like; of plastics; of foamed products
    • E04C2/16—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials of wood, fibres, chips, vegetable stems, or the like; of plastics; of foamed products of fibres, chips, vegetable stems, or the like
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    • B27N9/00—Arrangements for fireproofing

Definitions

  • the present invention relates to the general technical field of insulating materials used in buildings. These insulating materials are generally intended to cover a wall or roof to provide thermal and sound insulation. These insulating materials, for example in the form of rigid or semi-rigid insulating panels, can also be integrated into prefabricated modular structures made of wood or concrete.
  • insulating materials must also comply with national and/or European standards and have a fire classification.
  • biosourced insulating materials are, for example, made with renewable and recyclable raw materials, such as wood fibers, cellulose wadding, textile fibers, expanded cork, hemp, sheep's wool or other biosourced materials.
  • biosourced materials we mean materials derived from renewable organic matter (biomass) of plant or animal origin.
  • the invention relates more particularly to the manufacture of such insulating materials in the form of insulating panels.
  • the object of the invention therefore aims to overcome the disadvantages of the prior art by proposing a new process for manufacturing insulating panels from an ecological, renewable, recyclable raw material available in almost all countrysides.
  • Another object of the invention aims to propose a process for manufacturing insulating panels, easy to implement and economical.
  • Another object of the invention aims to provide insulating panels having excellent fire retardance, thermal insulation and insulation performances. phonics.
  • Another object of the invention aims to provide insulating panels having sufficient properties and performances to allow their use in buildings having more than three floors.
  • Another object of the invention aims to provide prefabricated insulating modular elements, having excellent fire retardance and thermal and sound insulation performances.
  • the objects assigned to the invention are achieved using a process for continuously manufacturing an insulating panel based on cereal straw, characterized in that it comprises the steps: a) mechanically grinding the straw to obtain a defibrated straw whose strands have an average length of between 3 mm and 22 mm and preferably between 3 mm and 11 mm and whose average diameter is between 0.5 mm and 4.0 mm and preferably between 0.5 mm and 2.5 mm, b) use a mixer and mix the defibrated straw with a binding material introduced into the mixer with a proportion by mass of between 3% and 25% and preferably between 3% and 10% and more preferably between 3% and 9% relative to the total mass of the mixture, c) inject compressed air into the mixture to homogenize said mixture, d) place the mixture on a conveyor, e) calibrate in thickness the mixture to form a continuous strip of mixture of determined thickness, f) heating the mixing strip to bring it and/or maintain it at a temperature of at least 90°C and preferably between 110°
  • the method consists in step a) of using at least one crusher to shred and grind the straw into bales, said at least one crusher comprising adjustable shredding/grinding tools to define the properties of shapes and dimensions of the strands of defibrated straw obtained, said tools comprising knives and hammers in series.
  • the method consists in steps b), c) and d) of using at least one mixer (3) of the rotating cylinder type, associated downstream with a drop cage.
  • the process consists of filtering the defibred straw obtained under a) to remove dust and other impurities up to a mass proportion of at least 2% and preferably at least 5% to 10% of defibrated straw.
  • the method consists in step e) of exerting a linear pressure on the insulating panel being formed, via a compression roller.
  • a compression roller As another example, it is also possible to use pressure strips, a mold or a stainless steel mesh to carry out the thickness calibration.
  • the binder material comprises a hot-melt two-component binder chosen from the two-components comprising polylactic biopolymer fibers of the PLA/Co-PLA, PLA/PBS type obtained from cereals.
  • the binder material comprises a hot-melt two-component binder comprising Polyester/Polyethylene, Polyester/PBT fibers.
  • the process consists of mixing the binding material, or the mixture of defibrated straw and the binding material, with one or more adjuvants comprising a fungicide product with a proportion by mass relative to the total mass of the products mixed, between 0.03% and 11% and preferably between 0.5% and 4%.
  • the method consists of spraying on each side of said mixture, one or more adjuvants comprising a fungicide product with a proportion by mass relative to the total mass of the mixed products, between 0.03% and 11% and preferably between 0.5% and 4%.
  • the adjuvants include a fire retardant product with a proportion by mass relative to the total mass of the mixed products, of between 24% and 72%.
  • the fire retardant product is chosen, for example, from products in a family of geosourced products.
  • the fire retardant product is in viscous or liquid form and comprises a geopolymer of the metakaolin type.
  • the process includes an operation of disentangling and aerating the binding material before step b).
  • step f) is implemented using on the one hand a high frequency or microwave heating system to heat the mixing strip in depth and on the other hand a system additional heating system for heating the mixing belt at the level of its free peripheral edges, said additional heating system comprising an infrared heating system.
  • the additional heating system may include infrared and/or pulsed air heating means.
  • the method consists of controlling the advance speed of the conveyor so that the mixing belt passes through an active heating zone for a duration corresponding to the minimum heating duration d c , of at least 3 minutes.
  • This minimum heating time dc depends on a set of parameters including the humidity of the mixture, the density of the mixture, the thickness of the mixing strip, the type of binder material used, the thermal energy used and/or or the duration of exposure to heat treatment.
  • the method consists of using at least one sensor and/or probe to measure the temperature at the edge of the mixing belt and of using at least one sensor and/or probe to measure the core temperature of said mixing band and continuously control the heating systems as a function of values measured by said sensors and/or probes.
  • the method consists of using at least one sensor and/or probe to measure the humidity level of the mixture during step d) or e) and control the heating systems based on values. measured by said sensor and/or probe.
  • the method comprises a step of applying, on at least one side of the insulating panel, a fire-retardant or flame-retardant coating, which has a thickness of at least 0.5 mm.
  • an insulating panel or insulating assembly rigid or semi-rigid, comprising at least one panel obtained by the manufacturing process as presented above, said panel having a density of between 50 kg/m 3 and 150 kg/m 3 and preferably between 60 kg/m 3 and 100 kg/m 3 .
  • a rigid or semi-rigid insulating panel comprising a first panel obtained by the manufacturing process as presented above, and on which an additional retarding panel is glued. fire, the additional panel also being obtained by the same manufacturing process, with a fire retardant product having a proportion by mass relative to the total mass of the mixed products greater than 49%.
  • the objects assigned to the invention are also achieved using a prefabricated modular structure made of wood or mixed concrete - wood to make a wall or a wall or to cover a wall of a building, exterior side or interior side , characterized in that it comprises at least one insulating panel manufactured according to the process as presented above.
  • the manufacturing process according to the invention provides the remarkable advantage that the insulating panels obtained have very high homogeneity throughout their thickness.
  • the process according to the invention makes it possible to heat the core of the insulating panels sufficiently to obtain complete and homogeneous polymerization throughout the thickness of said insulating panels. This makes it possible to improve their performance in terms of thermal and sound insulation of said panel as well as the solidity of said panels over time.
  • Another advantage of the process according to the invention lies in obtaining insulating panels whose reaction to fire classification allows them to be adapted to meet the various standards and legislation in force.
  • the insulating panels obtained using the process according to the invention also exhibit remarkable performance. In fact, these panels have a thermal conductivity coefficient lambda- between 0.037 and 0.042 for cellulose wadding.
  • the process according to the invention makes it possible to obtain insulating panels whose handling and storage are greatly facilitated.
  • the insulating panels have a reduced weight and bulk compared in particular to straw bales.
  • Another advantage of the process according to the invention lies in its implementation with low temperatures and pressures compared to those used in the prior art. There is therefore no need to use a stationary press. This results in a simpler and more economical implementation of the manufacturing process. Furthermore, continuous production can be implemented simply.
  • the process according to the invention makes it possible in a remarkable and unexpected way to distribute the thermal energy supplied to the mixture in a homogeneous manner, at the core and at the periphery as part of a continuous frication process.
  • FIG. 1 is a schematic view of a flowchart of an example of implementation of the manufacturing process according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic view of a flowchart of another example of implementation of the manufacturing process according to the invention.
  • FIG. 3 is a schematic view of a flowchart of a variant of the implementation example illustrated in Figure 2,
  • FIG. 4 a schematic view of a flowchart of an additional example of implementation of the manufacturing process according to the invention
  • - Figure 5 a schematic view of a flowchart of another additional example of implementation of the manufacturing process according to the invention.
  • Figure 1 is an illustration of an example of an installation making it possible to implement the process of manufacturing insulating panels from cereal straw, such as wheat, barley, oats, rapeseed, miscanthus, rice straw or various mixtures. of the latter.
  • cereal straw such as wheat, barley, oats, rapeseed, miscanthus, rice straw or various mixtures. of the latter.
  • the installation includes a grinding unit 1 allowing raw straw to be transformed into defibred straw by shredding and grinding.
  • the grinding and defibring unit 1 advantageously includes tools for cutting and splitting the straw strands.
  • the grinding and defibering unit 1 includes two grinders associated in series.
  • the first crusher includes, for example, tools for cutting strands of straw, such as knives.
  • the second crusher includes, for example, tools for breaking straw strands, such as hammers.
  • defibrated straw we mean a straw comprising cut and split strands of average length between 3 mm and 22 mm and whose average diameter is between 0.5 mm and 4.0 mm.
  • the defibrated straw strands have an average length of between 3 mm and 11 mm and an average diameter of between 0.5 mm and 2.5 mm.
  • the average diameter must be understood as being the largest dimension of the strand of straw, taken in a plane orthogonal to the longitudinal direction of said strand.
  • a defibred straw comprises from 29% to 33% of strands having an average length of 9.633 mm with an average diameter greater than 2 mm, from 32% to 37% of strands having an average length of 6.951 mm with an average diameter greater than 1 mm and 16% to 20% of strands having an average length of 3.960 mm with an average diameter greater than 0.5 mm.
  • Figure 1 illustrates, using a flowchart, an example of implementing a process for manufacturing an insulating material from cereal straw, such as wheat, barley, oats, rapeseed, miscanthus, rice straw or various mixtures thereof.
  • cereal straw such as wheat, barley, oats, rapeseed, miscanthus, rice straw or various mixtures thereof.
  • the installation includes a grinding and defibration unit 1 allowing raw straw to be transformed into defibrated straw by shredding and grinding.
  • the average diameter must be understood as being the largest dimension of the strand of straw, taken in a plane orthogonal to the longitudinal direction of said strand.
  • a defibred straw comprises from 29% to 33% of strands having an average length of 9.633 mm with an average diameter greater than 2 mm, from 32% to 37% of strands having an average length of 6.951 mm with an average diameter greater than 1 mm and 16% to 20% of strands having an average length of 3.960 mm with an average diameter greater than 0.5 mm.
  • the remainder of this sampling example is considered to be dust, which is preferably removed by filtration using a filtration/dosing unit 2.
  • the manufacturing process is for example implemented using an installation illustrated schematically with the flowchart in Figure 1.
  • the installation includes a grinding/shredding unit 1 supplied with straw, for example packaged in bales.
  • the grinding/shredding unit 1 comprises for example two grinders in series, which may include grinding tools having specific shapes or settings.
  • the crushers advantageously include adjustable shredding and grinding tools to define the shape and size parameters of the strands of the defibrated straw.
  • the grinding unit / shredding 1 includes knives for cutting the strands of straw and hammers for breaking said strands.
  • one or more passages may be provided in the grinding/shredding unit 1. The number of passages depends on the morphology (shape, length and diameter) sought after for strands of defibred straw. We thus obtain a defibrated straw, at the outlet of the grinding/shredding unit 1, composed of strands optimized in dimension and shape, to promote their mixing with a binding material on the one hand and to improve the thermal insulation properties, sound and mechanical insulation of the solid insulating material obtained on the other hand.
  • the installation also includes a filtering and dosing unit 2 which directly supplies a mixer 3.
  • the filtering operation is carried out for example using, for example, a vibrating sieve and/or using a cyclonic separator.
  • the latter can advantageously be used to transfer the defibrated straw to the mixer 3.
  • Filtering makes it possible to separate the defibrated straw from dust and other impurities by gravity or by cyclonic filtering.
  • the mixer 3 comprises for example at least one mixer of the rotating cylinder type, associated downstream with a drop cage.
  • a drop cage for example at least one mixer of the rotating cylinder type, associated downstream with a drop cage.
  • the installation also includes a first dosing and spraying unit 4a to supply the mixer 3 with adjuvants.
  • the latter include at least one fungicidal adjuvant F.
  • These adjuvants may also include a fire retardant adjuvant R.
  • the installation also includes a second dosing and spraying unit 4b to supply the mixer 3 with the binder material.
  • the installation advantageously comprises a disentangling and aeration unit 5 for decompacting the binder material before its dosage and its spraying in the mixer 3.
  • the disentangling and aeration unit 5 comprises for example a carding system so as to separate the constituent fibers from the binding material.
  • the installation also includes a compressor 6 to inject compressed air into the mixer 3, thus promoting the homogenization and aeration of the mixture.
  • the installation also includes a formatting and calibration unit 7 at least in terms of thickness of the mixture at the outlet of the mixer 3.
  • This formatting and calibration unit 7 makes it possible, for example by molding, to produce a mixing strip of shape and size. thickness determined.
  • the installation also includes a heating unit 8 for heating the mixing strip throughout its thickness and thus obtaining the crosslinking of the binding material and consequently the stiffening of the mixing strip or the preformed insulating panel.
  • the installation also includes a cooling unit 9 of the mixing belt or the insulating panel, at the outlet of the heating unit 8.
  • the cooling unit 9 can consist, for example, of a conveyor to ambient air, bringing the insulating panel to a packaging unit 10.
  • the cooling unit 9 may also include an intermediate storage zone, for the duration necessary for cooling the insulating panel.
  • FIG. 2 is a schematic view of a flowchart of another example of implementation of the insulating panel manufacturing process.
  • the installation for this purpose includes a bonding unit 11, which allows, downstream of the cooling unit 9, to bond an additional rigid fire-retardant panel to the rigid or semi-rigid insulating panel.
  • This additional panel is for example made with known materials, for example based on plaster or others.
  • the additional panel is also obtained by the manufacturing process according to the invention.
  • the fire retardant product then advantageously has a proportion by mass relative to the total mass of the mixed products greater than 49%.
  • This additional panel then has a greater density and a lower thickness than the first rigid or semi-rigid insulating panel. This results in an assembly with excellent thermal and sound insulation properties as well as good fire retardance performance.
  • FIG. 3 is a schematic view of a flowchart of another example implementation of the insulating panel manufacturing process.
  • the installation comprises an application unit 12, which allows, downstream of the cooling unit 9, to coat the rigid or semi-rigid insulating panel with a fire-retardant or fire-retardant coating.
  • This coating is for example made with a known fire retardant product.
  • the insulating panel is then placed in a drying unit 13 before being conveyed to the packaging unit 10.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating an additional example of implementation of the manufacturing process according to the invention.
  • the installation for implementing the method comprises a complementary mixing and heating unit 7a at the outlet of the mixer 3.
  • the complementary mixing and heating unit 7a advantageously comprises a drop cage in which is injected preheated air.
  • infrared lamps and/or air heated by electrical resistances it is possible to use infrared lamps and/or air heated by electrical resistances to heat the mixture in the drop cage.
  • the installation Downstream of the drop cage, the installation comprises a conveyor and a calibration and heating unit 8a, for example in the form of a heating mold, into which the mixture from said cage is transferred by gravity or by conveying of fall.
  • a calibration and heating unit 8a for example in the form of a heating mold, into which the mixture from said cage is transferred by gravity or by conveying of fall.
  • the heating operation thus continues during and/after the thickness calibration of the mixing strip before the cooling operation. Heating of the mixture continues to allow the temperature to be maintained for a minimum heating time of and to obtain optimal crosslinking of the binder material in the mixture.
  • the calibration and heating unit 8a comprises a system producing heated air, which is injected under pressure into the preformed insulating panel at least in thickness.
  • Heating the mixture allows the binding material to crosslink, which then forms a rigid three-dimensional network in which the strands of defibrated straw and the fibers of the binding material are linked together.
  • FIG. 5 is a schematic view of a flowchart of another example of implementation of the manufacturing process according to the invention.
  • the installation comprises in series a first mixer 3a and a second mixer 3b.
  • the defibrated straw, leaving the filtration and dosing unit 2 is conveyed into the first mixer 3a as well as the binder material leaving the second dosing and spraying unit 4b.
  • a complementary spray dosing unit 4c can then inject a fire retardant adjuvant R into the second mixer 3b.
  • a fire retardant adjuvant R into the second mixer 3b.
  • the mixture B will then lead to the production of an insulating panel having more or less marked “fire retardant” properties, depending on the nature and proportion by mass of the fire retardant additive R used.
  • the insulating material in the form of a panel is therefore manufactured according to an example of implementation of the manufacturing process detailed below.
  • the process for manufacturing the insulating material based on cereal straw comprises a step a) consisting of grinding, shredding or mechanically cutting the straw to obtain a defibrated straw whose strands preferably have an average length of between 3 mm and 11 mm and whose average diameter is between 0.5 mm and 2.5 mm.
  • the process consists of filtering the defibrated straw obtained under a) to remove dust and other impurities in a mass proportion of at least 2% and preferably 5% to 10% of the defibrated straw.
  • There separation of unwanted residues and dust or other materials affecting the performance of the insulating material can therefore be done by gravity using a sieve, for example vibrating or using cyclonic filtering. This filtration and separation advantageously reduces the risk of explosion, linked to the concentration of dust in the air on manufacturing sites.
  • the mixer 3 is used to mix the defibrated straw with a binder material, introduced into the mixer 3 for example by spraying, with a mass proportion of between 3% and 25% and preferably between 3% and 25%. 10% and more preferably between 3% and 9% relative to the total mass of the mixture.
  • the method comprises an operation of disentangling and aerating a two-component binder material before step b).
  • This preparation of the binder material includes for example a carding operation.
  • This disentangling and aeration phase can for example be carried out separately or directly in the mixer 3 before introducing the binding material.
  • the defibred straw is then introduced in turn into the mixer 3 or into the first mixer 3a, after the binding material.
  • step c) compressed air is injected into the mixture and more precisely into the mixer 3, into the first mixer 3a and where appropriate into the second mixer 3b, to homogenize said mixture.
  • step d) the mixture is deposited, by gravity, on a conveyor such as a conveyor belt or the like.
  • the thickness of the mixture is calibrated to form a continuous strip of determined thickness.
  • a linear pressure is exerted on the mixing belt via a compression roller, to carry out the thickness calibration.
  • step f) the mixing strip is heated to bring it to or maintain it at a temperature of at least 90°C and preferably between 110°C and 150°C and more preferably between 110°C. and 145°C, throughout the thickness of the mixing strip, over a heating time d c of at least 3 min.
  • step g) the insulating strip thus obtained is cooled to ambient temperature or to a temperature close to ambient temperature.
  • step h we proceed, according to step h), to the packaging of the insulating panel.
  • step f) is implemented using on the one hand a high frequency or microwave heating system to heat the mixing strip in depth and on the other hand an additional heating system to heat the mixing strip at its free peripheral edges.
  • the heat treatment of the mixture is obtained at least in part via a high frequency heating system.
  • the frequency used is for example 13.56 MHz.
  • the heat treatment of the mixture is obtained at least in part via a microwave heating system.
  • the frequency used is then for example 915 MHz or 2450 MHz.
  • the additional heating system advantageously includes an infrared radiation heating system.
  • infrared radiation heating systems can be used to irradiate the entire peripheral faces, in particular the free peripheral edges of the mixing strip.
  • the manufacturing process consists of controlling the advance speed of the conveyor so that the conveyed mixture belt passes through an active heating zone for a duration corresponding to the minimum heating duration d c .
  • the manufacturing process consists of using at least one sensor to measure the temperature at the edge of the mixing belt and of using at least one sensor to measure the core temperature of said mixing belt.
  • the heating system and the additional heating system are then controlled continuously according to values measured by said sensors.
  • the upkeep of a minimum temperature at the edge of the mixing belt makes it possible to guarantee homogeneous crosslinking of the binder material, even at the edge of said mixing belt.
  • the manufacturing process consists of using at least one sensor to measure the humidity level of the mixture during step d) or e) and control the heating systems as a function of values measured by said sensor.
  • the humidity level of the mixture is advantageously between 5% and 40% and preferably between 12% and 30% and even more preferably between 13% and 25%. Controlling the humidity level and temperatures at the edge and at the core of the mixing belt makes it possible to substantially reduce the heating energy provided by the heating systems, because the thermal energy that must be dissipated in a way homogeneous in the mixing band depends on said humidity level.
  • the duration of the mixing operation(s) depends on the size of the installation and in particular the mixer 3.
  • the method consists in step a), in using at least one crusher to shred and grind the straw into bales, said at least one crusher comprising adjustable shredding/grinding tools to define the properties shapes and dimensions of the strands of defibred straw obtained.
  • the mixers 3, 3a and 3b are advantageously rotating cylinders followed downstream by a drop cage.
  • the binder material comprises a binder comprising hot-melt two-component fibers, Polyester/Polyethylene, Polyester/PBT fibers.
  • These two-component hot-melt fibers advantageously have a low melting point of around 110°C.
  • the binder material comprises polylactic biopolymer fibers of the PLA/Co-PLA, PLA/PBS type obtained from cereals.
  • These two-component hot-melt fibers advantageously have a low melting point between 130°C and 164°C.
  • the process consists of mixing the binding material, or mixing the defibrated straw and the binding material, with one or several adjuvants comprising a fungicide product with a proportion by mass relative to the total mass of the mixed products, between 0.03% and 11% and preferably between 0.5% and 4%.
  • the method consists, after step f) and preferably after formatting in length and width of the mixture, in spraying on each side of the mixing strip, one or more adjuvants comprising a fungicidal product with a proportion by mass relative to the total mass of the mixed products, between 0.03% and 11% and preferably between 0.5% and 4%.
  • one or more adjuvants comprising a fungicidal product with a proportion by mass relative to the total mass of the mixed products, between 0.03% and 11% and preferably between 0.5% and 4%.
  • the length and width formatting of the mixing strip is carried out for example by a peripheral cutting operation.
  • the adjuvants comprise a fire retardant product with a proportion by mass relative to the total mass of the mixed products, of between 24% and 72%.
  • the fire retardant product comprises a geopolymer in viscous or liquid form.
  • a geopolymer in viscous or liquid form.
  • the method comprises a step of applying, on at least one side of the insulating panel, a fire-retardant or flame-retardant coating, which has a thickness of at least 0.5 mm.
  • the invention also relates to a composite insulating panel comprising an insulating panel obtained according to the manufacturing process detailed above and to which an additional fire-retardant panel is glued.
  • the invention also relates to a prefabricated modular wooden structure for making a wall or for covering a wall of a building, on the exterior side or interior side.
  • a structure comprises at least one insulating panel obtained according to the manufacturing process detailed above.
  • the invention also relates to a mixed prefabricated modular structure made of wood and concrete for making a wall or for covering a wall of a building, on the exterior side or the interior side.
  • a structure comprises at least one insulating panel obtained according to the manufacturing process detailed above.
  • the process according to the invention makes it possible to manufacture a semi-rigid insulating panel having a density of between 50 kg/m 3 and 150 kg/m 3 and preferably between 60 kg/m 3 and 100 kg/m 3 after cooling.
  • An insulating panel having a density between 50 kg/m 3 and 100 kg/m 3 will have predominantly thermal insulation properties whereas an insulating panel having a density between 100 kg/m 3 and 150 kg/ m3 will have predominantly fire resistance and sound insulation properties.
  • the insulating panels obtained with the process according to the invention can thus have very varied technical characteristics. With the same manufacturing process, it is possible to obtain panels suitable for different applications. Depending on these technical characteristics, the panel can be applied to the roof, on a wall or on a floor.

Landscapes

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Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'un panneau isolant à base de paille de céréales, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes: a) broyer mécaniquement et tamiser la paille pour obtenir une paille défibrée dont les brins présentent une longueur moyenne comprise entre 3 mm et 11 mm et dont le diamètre moyen est compris entre 0,5 mm et 2,5 mm, b) utiliser un mélangeur et mélanger la paille défibrée avec un matériau liant avec une proportion en masse comprise et 3 % et 25 % et de préférence comprise entre 4 % et 10 %, c) injecter de l'air comprimé dans le mélange pour homogénéiser ledit mélange, d) chauffer et calibrer en longueur et en largeur le panneau isolant, e) calibrer en épaisseur le matériau constitutif du panneau isolant, f) chauffer le panneau isolant pour le porter à une température d'au moins 90°C et de préférence comprise entre 110°C et 150°C, dans toute l'épaisseur dudit panneau isolant et pendant une durée d'au moins 3 mn, g) refroidir le panneau isolant jusqu'à la température ambiante, et h) emballer le panneau isolant.

Description

PROCEDE DE FABRICATION D’UN PANNEAU ISOLANT OPITIMISE, PANNEAU ISOLANT ET STRUCTURE ISOLANTE COMPORTANT UN TEL PANNEAU
Domaine technique
La présente invention se rapporte au domaine technique général des matériaux isolants utilisés dans le bâtiment. Ces matériaux isolants sont en général destinés à recouvrir une paroi d’un mur ou d’un toit pour réaliser une isolation thermique et phonique. Ces matériaux isolants par exemple sous forme de panneaux isolants rigides ou semi-rigides peuvent aussi être intégrés à des structures modulaires préfabriquées en bois ou en béton.
Ces matériaux isolants doivent également être conformes à des normes nationales et/ou européennes et disposer d’un classement au feu.
Il est de plus en plus demandé dans les cahiers des charges des appels d’offres publics ou privés, en France et dans d’autres pays, d’utiliser des matériaux isolants biosourcés, présentant une empreinte écologique la plus faible possible. Ces matériaux isolants sont par exemple fabriqués avec des matières brutes renouvelables et recyclables, du genre fibres de bois, ouate de cellulose, fibres textiles, liège expansé, chanvre, laine de mouton ou autres matières biosourcées.
On entend par « matériaux biosourcés » des matériaux issus de la matière organique renouvelable (biomasse) d’origine végétale ou animale.
L’invention concerne plus particulièrement la fabrication de tels matériaux isolants sous forme de panneaux isolants.
Technique antérieure
On connait par exemple l’utilisation de la paille de céréales pour isoler un mur ou pour fabriquer un tel mur avec des bottes de pailles. Ces dernières doivent alors être associées à des éléments du genre parement pour obtenir les performances de résistance au feu, d’étanchéité à l’eau et à l’air règlementaires. Ces sous- ensembles présentent généralement des épaisseurs de mur supérieures à ceux obtenus avec des matériaux isolants non biosourcés afin de compenser leur valeur de conductivité thermique ( lambda - ) très moyenne ou médiocre.
Il faut noter par ailleurs que la plupart des matériaux isolants biosourcés connus ne sont pas adaptés ou autorisés, étant donné leurs performances de retard au feu limitées, pour des bâtiments comportant plus que trois étages.
L’utilisation actuelle de la paille comme matériau isolant présente de nombreux inconvénients. Parmi ces inconvénients, on peut citer la limitation aux bâtiments à trois étages maximum, l’encombrement des bottes de paille, la génération importante de poussières et de débris, l’accroissement du poids de l’ouvrage vu l’épaisseur de la matière isolante, la nécessité d’y adjoindre non biosourcé comme une plaque de gypse ou la laine de roche, n’est pas disponible en tant que produit de masse, fabriqué industriellement.
On connaît par l’intermédiaire du document WO 2018/018079 Al, un procédé de fabrication d’un panneau à base de paille de riz mélangée avec un matériau liant du genre résine phénolique. Le procédé consiste à obtenir un degré d’humidité de la paille de riz inférieur à 12%, puis à former le panneau en chauffant le mélange à haute température, supérieure à 150°C et pouvant aller jusqu’à 250°C et en comprimant le mélange en lui appliquant une pression élevée. De tels paramètres de fonctionnement sont très compliqués à mettre en œuvre et affectent négativement les coûts énergétiques et la rentabilité dudit le procédé de fabrication. Le procédé décrit nécessite l’utilisation d’une presse stationnaire pour obtenir la haute pression et les températures élevées recherchées. Ceci rend la production en continu impossible.
Présentation de l’invention
L’objet de l’invention vise par conséquent à pallier les inconvénients de l’art antérieur en proposant un nouveau procédé de fabrication de panneaux isolants à partir d’une matière brute écologique, renouvelable, recyclable et disponible quasiment dans toutes les campagnes.
Un autre objet de l’invention vise à proposer un procédé de fabrication de panneaux isolants, facile à mettre en œuvre et économique.
Un autre objet de l’invention vise à fournir des panneaux isolants présentant d’excellentes performances de retard au feu, d’isolation thermique et d’isolation phonique.
Un autre objet de l’invention vise à fournir des panneaux isolants présentant des propriétés et des performances suffisantes pour permettre leur utilisation dans des bâtiments comportant plus que trois étages.
Un autre objet de l’invention vise à fournir des éléments modulaires préfabriqués isolants, présentant d’excellents performances de retard au feu et d’isolation thermique et phonique.
Les objets assignés à l’invention sont atteints à l’aide d’un procédé de fabrication en continu d’un panneau isolant à base de paille de céréales, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes : a) broyer mécaniquement la paille pour obtenir une paille défibrée dont les brins présentent une longueur moyenne comprise entre 3 mm et 22 mm et de préférence comprise entre 3 mm et 11 mm et dont le diamètre moyen est compris entre 0,5 mm et 4,0 mm et de préférence compris entre 0,5 mm et 2,5 mm, b) utiliser un mélangeur et mélanger la paille défibrée avec un matériau liant introduit dans le mélangeur avec une proportion en masse comprise et 3% et 25% et de préférence comprise entre 3% et 10% et de manière plus préférée comprise entre 3% et 9% par rapport à la masse totale du mélange, c) injecter de l’air comprimé dans le mélange pour homogénéiser ledit mélange, d) déposer le mélange sur un convoyeur, e) calibrer en épaisseur le mélange pour former une bande continue de mélange d’épaisseur déterminée, f) chauffer la bande de mélange pour la porter et/ou la maintenir à une température d’au moins 90°C et de préférence comprise entre 110°C et 150°C et de manière plus préférée comprise entre 110°C et 145°C, dans toute l’épaisseur de ladite bande de mélange sur une durée de chauffe dc, g) refroidir la bande isolante ainsi obtenue jusqu’à une température ambiante ou à une température proche de la température ambiante et calibrer en largeur et en longueur ladite bande isolante pour former le panneau isolant, et h) emballer le panneau isolant.
Selon un exemple de mise en œuvre, le procédé consiste sous l’étape a) à utiliser au moins un broyeur pour déchiqueter et broyer la paille en balles, ledit au moins un broyeur comportant des outils de déchiquetage / broyage réglables pour définir les propriétés de formes et de dimensions des brins de paille défibrée obtenue, lesdits outils comprenant en série des couteaux et des marteaux.
Selon un exemple de mise en œuvre, le procédé consiste sous les étapes b), c) et d) à utiliser au moins un mélangeur (3) du genre cylindre rotatif, associé en aval, à une cage de chute.
Selon un exemple de mise en œuvre, le procédé consiste filtrer la paille défibrée obtenue sous a) pour évacuer des poussières et autres impuretés à hauteur d’une proportion en masse d’au moins 2% et de préférence d’au moins 5% à 10% de la paille défibrée.
Selon un exemple de mise en œuvre, le procédé consiste sous l’étape e) à exercer une pression linéaire sur le panneau isolant en formation, par l’intermédiaire d’un rouleau de compression. Son un autre exemple, il est possible également d’utiliser, des bandes de pression, un moule ou un maillage en inox, pour effectuer le calibrage en épaisseur.
Selon un exemple de mise en œuvre, le matériau liant comprend un liant bi- composant thermofusible choisi parmi les bi-composants comprenant des fibres biopolymères polylactic du genre PLA/Co-PLA, PLA/PBS obtenues à partir de céréales.
Selon un autre exemple de mise en œuvre le matériau liant comprend un liant bi-composant thermofusible comprenant des fibres de Polyester/Polyéthylène, Polyester/PBT.
Selon un exemple de mise en œuvre, le procédé consiste à mélanger le matériau liant, ou le mélange la paille défibrée et le matériau liant, avec un ou plusieurs adjuvants comprenant un produit fongicide avec une proportion en masse par rapport à la masse totale des produits mélangés, comprise entre 0,03% et 11% et de préférence comprise entre 0,5% et 4%.
Selon un autre exemple de mise en œuvre, après l’étape f) et de préférence après le formatage en longueur et en largeur du mélange, le procédé consiste à pulvériser sur chaque face dudit mélange, un ou plusieurs adjuvants comprenant un produit fongicide avec une proportion en masse par rapport à la masse totale des produits mélangés, comprise entre 0,03% et 11% et de préférence comprise entre 0,5% et 4%.
A titre d’exemple, les adjuvants comprennent un produit retardateur au feu avec une proportion en masse par rapport à la masse totale des produits mélangés, comprise entre 24% et 72%. Le produit retardateur au feu est choisi par exemple parmi des produits d’une famille de produits géosourcés.
A titre d’exemple, le produit retardateur au feu est sous forme visqueuse ou liquide et comprend un géopolymère du genre métakaolin.
De façon avantageuse, le procédé comprend une opération de démêlage et d’aération du matériau liant au préalable de l’étape b).
Selon un exemple de mise en œuvre, l’étape f) est mise en œuvre en utilisant d’une part un système de chauffe à haute fréquence ou à micro-ondes pour chauffer la bande de mélange en profondeur et d’ autre part un système de chauffe additionnel pour chauffer la bande de mélange au niveau de ses chants périphériques libres, ledit système de chauffe additionnel comprenant un système de chauffe à infrarouge.
Selon un autre exemple de réalisation, le système de chauffe additionnel peut comprendre des moyens de chauffe à infra-rouge et/ou à air pulsé.
Avantageusement, le procédé consiste à piloter la vitesse d’avance du convoyeur pour que la bande de mélange traverse une zone active de chauffe pendant une durée correspondant à la durée ce chauffe minimale dc, d’au moins 3 minutes. Cette durée de chauffe minimale dc dépend d’un ensemble de paramètres dont l’humidité du mélange, la densité du mélange, l’épaisseur de la bande de mélange, le type de matériau liant utilisé, l’énergie thermique mise en œuvre et/ou la durée d’exposition au traitement thermique.
Selon un exemple de mise en œuvre, le procédé consiste à utiliser au moins un capteur et/ou sonde pour mesurer la température en bordure de la bande de mélange et à utiliser au moins un capteur et/ou sonde pour mesurer la température à cœur de ladite bande de mélange et piloter en continu les systèmes de chauffe en fonction de valeurs mesurées par lesdits capteurs et/ou sondes.
Selon un exemple de mise en œuvre, le procédé consiste à utiliser au moins un capteur et/ou sonde pour mesurer le taux d’humidité du mélange lors de l’étape d) ou e) et piloter les systèmes de chauffe en fonctions de valeurs mesurées par ledit capteur et/ou sonde.
Selon un exemple de mise en œuvre, le procédé comprend une étape d’application sur au moins une face du panneau isolant, d’un revêtement retardateur au feu ou ignifuge, lequel présente une épaisseur d’au moins 0,5 mm.
Les objets assignés à l’invention sont également atteints à l’aide d’un panneau isolant ou ensemble isolant, rigide ou semi-rigide, comportant au moins un panneau obtenu par le procédé de fabrication tel que présenté ci-dessus, ledit panneau présentant une masse volumique comprise entre 50 kg/m3 et 150 kg/m3 et de préférence comprise entre 60 kg/m3 et 100 kg/m3.
Les objets assignés à l’invention sont également atteints à l’aide d’un panneau isolant rigide ou semi-rigide comportant un premier panneau obtenu par le procédé de fabrication tel que présenté ci-dessus, et sur lequel est collé un panneau additionnel retardateur au feu, le panneau additionnel étant également obtenu par le même procédé de fabrication, avec un produit retardateur au feu présentant une proportion en masse par rapport à la masse totale des produits mélangés supérieure à 49%.
Les objets assignés à l’invention sont également atteints à l’aide d’une structure modulaire préfabriquée en bois ou mixte en béton - bois pour réaliser une paroi ou un mur ou pour recouvrir un mur d’un bâtiment, côté extérieur ou côté intérieur, caractérisée en ce qu’elle comprend au moins un panneau isolant fabriqué selon le procédé tel que présenté ci-dessus.
Le procédé de fabrication conforme à l’invention procure l’avantage remarquable que les panneaux isolants obtenus présentent une très grande homogénéité et ce dans toute leur épaisseur. Le procédé conforme à l’invention permet en effet de chauffer le cœur des panneaux isolants de manière suffisante pour obtenir une polymérisation complète et homogène dans toute l’épaisseur desdits panneaux isolants. Cela permet d’améliorer leurs performances en termes d’isolation thermique et phonique dudit panneau ainsi que la solidité desdits panneaux dans la durée.
Un autre avantage du procédé conforme à l’invention réside dans l’obtention de panneaux isolants dont le classement à la réaction au feu leur permet d’être adaptées pour répondre aux diverses normes et législations en vigueur. Les panneaux isolants obtenus à l’aide du procédé conforme à l’invention présentent par ailleurs des performances remarquables. En effet, ces panneaux présentent un coefficient de conductivité thermique lambda- X de 0,038, ce qui est remarquable, sachant que le coefficient de conduction thermique est compris entre 0,052 et 0,080 pour la paille, compris entre 0,037 et 0,044 pour le liège expansé et compris entre 0,037 et 0,042 pour la ouate de cellulose.
Le procédé conforme à l’invention permet d’obtenir des panneaux isolants dont la manipulation et le stockage sont grandement facilités. Les panneaux isolants présentent en effet un poids et un encombrement réduits comparativement notamment à des bottes de paille.
Un autre avantage du procédé conforme à l’invention réside dans sa mise en œuvre avec des températures et de pressions basses comparativement à celles utilisées dans l’art antérieur. Il est donc inutile d’utiliser une presse stationnaire. Cela se traduit par une mise en œuvre plus simple et plus économique du procédé de fabrication. En outre, une production en continu peut être mise en œuvre de façon simple.
Le procédé conforme à l’invention permet de façon remarquable et inattendue de répartir de manière homogène l’énergie thermique apportée au mélange, à cœur et en périphérie dans le cadre d’un process de frication en continu.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé, donné à titre d’exemple non limitatif, dans lequel :
- la figure 1 est une vue schématique d’un logigramme d’un exemple de mise en œuvre du procédé de fabrication conforme à l’invention,
- la figure 2 est une vue schématique d’un logigramme d’un autre exemple de mise en œuvre du procédé de fabrication conforme à l’invention,
- la figure 3 est une vue schématique d’un logigramme d’une variante de l’exemple de mise en œuvre illustré à la figure 2,
- la figure 4 une vue schématique d’un logigramme d’un exemple additionnel de mise en œuvre du procédé de fabrication conforme à l’invention, et - la figure 5 une vue schématique d’un logigramme d’un autre exemple additionnel de mise en œuvre du procédé de fabrication conforme à l’invention.
Description détaillée de l’invention
Les éléments structurellement et fonctionnellement identiques présents sur plusieurs figures distinctes, sont affectés d’une même référence numérique ou alphanumérique.
La figure 1 est une illustration d’un exemple d’installation permettant de mettre en œuvre le procédé de fabrication de panneaux isolants à partir de paille de céréales, du genre blé, orge, avoine, colza, miscanthus, paille de riz ou divers mélanges de ces dernières.
L’installation comprend une unité de broyage 1 permettant de transformer par déchiquetage et par broyage, la paille brute en paille défibrée.
L’unité de broyage et de défibrage 1 comprend avantageusement des outils permettant de couper et d’éclater les brins de paille. A titre d’exemple, l’unité de broyage et de défibrage 1 comprend deux broyeurs associés en série. Le premier broyeur comporte par exemple des outils de coupe des brins de paille, du genre couteaux. Le second broyeur comporte par exemple des outils d’éclatement des brins de paille, du genre marteaux.
Par paille défibrée, il convient d’entendre une paille comprenant des brins coupés et éclatés de longueur moyenne comprise entre comprise entre 3 mm et 22 mm et dont le diamètre moyen est compris entre 0,5 mm et 4,0 mm. A titre préférentiel, les brins de paille défibrés présentent une longueur moyenne comprise entre 3 mm et 11 mm et un diamètre moyen compris entre 0,5 mm et 2,5 mm.
Le diamètre moyen doit être compris comme étant la dimension la plus grande du brin de paille, prise dans un plan orthogonal à la direction longitudinale dudit brin.
A titre d’exemple, une paille défibrée comprend de 29 % à 33 % de brins présentant une longueur moyenne de 9,633 mm avec un diamètre moyen supérieur à 2 mm, de 32% à 37% de brins présentant une longueur moyenne de 6,951 mm avec un diamètre moyen supérieur à 1 mm et de 16% à 20% de brins présentant une longueur moyenne de 3,960 mm avec un diamètre moyen supérieur à 0,5 mm.
Le restant de cet échantillonnage est considéré comme étant de la poussière, laquelle est de préférence évacuée par filtration à l’aide d’une unité de filtration / dosage 2
La figure 1 illustre, à l’aide d’un logigramme, un exemple de mise en œuvre d’un procédé de fabrication d’un matériau isolant à partir de paille de céréales, du genre blé, orge, avoine, colza, miscanthus, paille de riz ou divers mélanges de ces dernières.
L’installation comprend une unité de broyage et de défibrage 1 permettant de transformer par déchiquetage et par broyage, la paille brute en paille défibrée.
Par paille défibrée, il convient d’entendre de préférence une paille comprenant des brins, non homogènes, de longueur moyenne comprise entre 3 mm et 11 mm et dont le diamètre moyen est compris entre 0,5 mm et 2,5 mm.
Le diamètre moyen doit être compris comme étant la dimension la plus grande du brin de paille, prise dans un plan orthogonal à la direction longitudinale dudit brin.
A titre d’exemple, une paille défibrée comprend de 29% à 33% de brins présentant une longueur moyenne de 9,633 mm avec un diamètre moyen supérieur à 2 mm, de 32% à 37% de brins présentant une longueur moyenne de 6,951 mm avec un diamètre moyen supérieur à 1 mm et de 16% à 20% de brins présentant une longueur moyenne de 3,960 mm avec un diamètre moyen supérieur à 0,5 mm.
Le restant de cet exemple d’échantillonnage est considéré comme étant de la poussière, laquelle est de préférence évacuée par filtration à l’aide d’une unité de filtration / dosage 2.
Le procédé de fabrication est par exemple mis en œuvre à l’aide d’une installation illustrée schématiquement avec le logigramme de la figure 1.
L’installation comprend une unité de broyage / déchiquetage 1 alimentée en paille par exemple conditionnée en balles. L’unité de broyage / déchiquetage 1 comprend par exemple deux broyeurs en série, lesquels peuvent comporter des outils de broyage présentant des formes ou des réglages spécifiques.
Les broyeurs comportent avantageusement des outils, de déchiquetage et de broyage, réglables pour définir les paramètres de formes et de dimensions des brins de la paille défibrée.
Selon un autre exemple de réalisation de l’installation, l’unité de broyage / déchiquetage 1 comprend des couteaux pour couper les brins de paille et des marteaux pour éclater lesdits brins. Dans le cadre de la mise en œuvre du déchiquetage et du broyage de la paille, il peut être prévu un ou plusieurs passages dans l’unité de broyage / déchiquetage 1. Le nombre de passages dépend de la morphologie (forme, longueur et diamètre) recherchée pour les brins de paille défibrée. On obtient ainsi une paille défibrée, en sortie de l’unité de broyage / déchiquetage 1, composée de brins optimisés dimensionnellement et en forme, pour favoriser leur mélange avec un matériau liant d’une part et pour améliorer les propriétés d’isolation thermique, d’isolation phonique et mécaniques du matériau isolant solide obtenu d’autre part.
Selon un exemple de réalisation, l’installation comprend également une unité de filtrage et de dosage 2 laquelle alimente directement un mélangeur 3.
L’opération de filtrage est effectuée par exemple grâce à l’utilisation par exemple d’un tamis vibrant et/ou à l’aide d’un séparateur cyclonique. Ce dernier peut avantageusement être utilisé pour transférer la paille défibrée vers le mélangeur 3. Le filtrage permet de séparer la paille défibrée de poussières et autres impuretés par gravité ou par filtrage cyclonique.
Le mélangeur 3 comporte par exemple au moins un mélangeur du genre cylindre rotatif, associé en aval à une cage de chute. Avantageusement, il est possible d’utiliser plusieurs cages de chutes et/ou un ou plusieurs réservoirs tampons contenant le mélange afin d’assurer une continuité dans l’alimentation du convoyeur.
L’installation comprend également une première unité de dosage et de pulvérisation 4a pour alimenter le mélangeur 3 avec des adjuvants. Ces derniers comprennent au moins un adjuvant fongicide F. Ces adjuvants peuvent également comprendre un adjuvant retardateur au feu R.
L’installation comprend également une seconde unité de dosage et de pulvérisation 4b pour alimenter le mélangeur 3 avec le matériau liant.
L’installation comprend avantageusement une unité de démêlage et d’aération 5 pour décompacter le matériau liant avant son dosage et sa pulvérisation dans le mélangeur 3. L’unité de démêlage et d’aération 5 comprend par exemple un système de cardage de manière à séparer les fibres constitutives du matériau liant. L’installation comprend également un compresseur 6 pour injecter de l’air comprimée dans le mélangeur 3, favorisant ainsi l’homogénéisation et l’aération du mélange.
L’installation comprend également une unité de formatage et de calibrage 7 au moins en épaisseur du mélange en sortie du mélangeur 3. Cette unité de formatage et de calibrage 7 permet, par exemple par moulage, de réaliser une bande de mélange de forme et d’épaisseur déterminées.
L’installation comprend également une unité de chauffage 8 pour chauffer la bande de mélange dans toute son épaisseur et obtenir ainsi la réticulation du matériau liant et par conséquent la rigidification de la bande de mélange ou du panneau isolant préformé.
L’installation comprend également une unité de refroidissement 9 de la bande de mélange ou du panneau isolant, en sortie de l’unité de chauffage 8. L’unité de refroidissement 9 peut être constituée, à titre d’exemple, d’un convoyeur à l’air ambiant, amenant le panneau isolant à une unité d’emballage 10. L’unité de refroidissement 9 peut également comprendre une zone de stockage intermédiaire, pour la durée nécessaire au refroidissement du panneau isolant.
La figure 2 est une vue schématique d’un logigramme d’un autre exemple de mise en œuvre du procédé de fabrication du panneau isolant. L’installation à cet effet comprend une unité de collage 11, laquelle permet, en aval de l’unité de refroidissement 9, de coller sur le panneau isolant rigide ou semi-rigide, un panneau additionnel rigide retardateur au feu. Ce panneau additionnel est par exemple réalisé avec des matériaux connus, par exemple à base de plâtre ou autres.
Selon un autre exemple de mise en œuvre du procédé, le panneau additionnel est également obtenu par le procédé de fabrication conforme à l’invention. Le produit retardateur au feu présente alors avantageusement une proportion en masse par rapport à la masse totale des produits mélangés supérieure à 49%. Ce panneau additionnel présente alors une densité plus grande et une épaisseur plus faible que le premier panneau isolant rigide ou semi-rigide. On obtient ainsi un assemblage présentant d’excellentes propriétés d’isolation thermique et phonique ains que des bonnes performances de retard au feu
La figure 3 est une vue schématique d’un logigramme d’un autre exemple de mise en œuvre du procédé de fabrication du panneau isolant. L’installation comprend à cet effet une unité d’application 12, laquelle permet en aval de l’unité de refroidissement 9, de revêtir le panneau isolant rigide ou semi-rigide, avec un revêtement ignifuge ou retardateur au feu. Ce revêtement est par exemple réalisé avec un produit retardateur au feu connu.
Le panneau isolant est alors placé dans une unité de séchage 13 avant d’être convoyé vers l’unité d’emballage 10.
La figure 4 est un logigramme illustrant un exemple additionnel de mise en œuvre du procédé de fabrication conforme à l’invention. L’installation pour mettre en œuvre le procédé comprend une unité de mélange complémentaire et de chauffage 7a en sortie du mélangeur 3. A titre d’exemple, l’unité de mélange complémentaire et de chauffage 7a comporte avantageusement une cage de chute dans laquelle est injecté un air préchauffé.
Selon un exemple de mise en œuvre, il est possible d’utiliser des lampes à infra-rouge et/ou un air chauffé par de résistances électriques pour chauffer le mélange dans la cage de chute.
En aval de la cage de chute, l’installation comporte un convoyeur et une unité de calibrage et de chauffage 8a, par exemple sous forme d’un moule chauffant, dans lequel est transféré par gravité ou par convoyage, le mélange issu de ladite cage de chute.
L’opération de chauffage se poursuit ainsi pendant et/ après le calibrage en épaisseur de la bande de mélange avant l’opération de refroidissement. Le chauffage du mélange se poursuit pour permettre un maintien en température pendant une durée de chauffe minimale de et pour obtenir une réticulation optimale du matériau liant dans le mélange.
L’étape f), selon un autre mode de mise en œuvre, l’unité de calibrage et de chauffage 8a comprend un système produisant un air chauffé, lequel est injecté sous pression dans le panneau isolant préformé au moins en épaisseur.
Le chauffage du mélange permet d’obtenir la réticulation du matériau liant, lequel forme alors un réseau rigide tridimensionnel dans lequel les brins de paille défibrée et les fibres du matériau liant sont liés ensembles.
Du fait de la configuration coupée et éclatée des brins de paille défibrée, ces derniers sont également fixés mécaniquement dans ledit réseau rigide de matériau liant réticulé.
La figure 5 une vue schématique d’un logigramme d’un autre exemple de mise en œuvre du procédé de fabrication conforme à l’invention. Dans cet exemple de mise en œuvre, l’installation comprend en série un premier mélangeur 3a et un second mélangeur 3b.
La paille défibrée, en sortie du l’unité de filtration et de dosage 2 est acheminée dans le premier mélangeur 3a de même que le matériau liant en sortie de la seconde unité de dosage et de pulvérisation 4b.
En fonction de caractéristiques spécifiques recherchées pour le panneau isolant, un mélange A préparé dans le premier mélangeur 3a, avec l’ajout le cas échéant d’un adjuvant fongicide F est acheminé vers l’unité de formatage et de calibrage 7 (flèche A).
En fonction d’autres caractéristiques spécifiques recherchées pour le panneau isolant, le mélange A préparé dans le premier mélangeur 3a, avec l’ajout le cas échéant d’un adjuvant fongicide F est acheminé vers le second mélangeur 3b.
Une unité de dosage pulvérisation complémentaire 4c peut alors injecter un adjuvant retardateur au feu R dans le second mélangeur 3b. On obtient ainsi un mélange B qui sera acheminé vers l’unité de formatage et de calibration 7. Le mélange B conduira alors à la réalisation d’un panneau isolant présentant des propriétés « retardateur au feu » plus ou moins marquées, en fonction de la nature et de la proportion en masse de l’adjuvant retardateur au feu R utilisées.
Le matériau isolant sous forme de panneau est donc fabriqué selon un exemple de mise en en œuvre du procédé de fabrication détaillé ci-après.
Le procédé de fabrication du matériau isolant à base de paille de céréales, comprend une étape a) consistant à broyer, déchiqueter ou couper mécaniquement la paille pour obtenir une paille défibrée dont les brins présentent préférentiellement une longueur moyenne comprise entre 3 mm et 11 mm et dont le diamètre moyen est compris entre 0,5 mm et 2,5 mm.
Avantageusement, le procédé consiste à filtrer la paille défibrée obtenue sous a) pour évacuer des poussières et autres impuretés à hauteur d’une proportion en masse d’au moins 2% et de préférence de 5% à 10% de la paille défibrée. La séparation des résidus indésirables et poussières ou autres matières affectant les performances du matériau isolant peut donc se faire par gravité en utilisant un tamis, par exemple vibrant ou à l’aide d’un filtrage cyclonique. Cette filtration et séparation permet de manière avantageuse de réduire le risque d’explosion, lié à la concentration de poussière dans l’air sur les sites de fabrication.
Selon un étape b) on utilise le mélangeur 3 pour mélanger la paille défibrée avec un matériau liant, introduit dans le mélangeur 3 par exemple par pulvérisation, avec une proportion en masse comprise et 3% et 25% et de préférence comprise entre 3% et 10% et de manière plus préférée entre 3% et 9% par rapport à la masse totale du mélange.
Selon un exemple de mise en œuvre avantageux, le procédé comprend une opération de démêlage et d’aération d’un matériau liant bi-composant au préalable de l’étape b). Cette préparation du matériau liant comprend par exemple une opération de cardage. Cette phase de démêlage et d’aération peut par exemple être effectuée de façon séparée ou directement dans le mélangeur 3 avant l’introduction du matériau liant.
La paille défibrée est ensuite introduite à son tour dans le mélangeur 3 ou dans le premier mélangeur 3a, après le matériau liant.
Selon un étape c), on injecte de l’air comprimé dans le mélange et plus précisément dans le mélangeur 3, dans le premier mélangeur 3a et le cas échéant dans le second mélangeur 3b, pour homogénéiser ledit mélange.
Ensuite, selon une étape d), on dépose, par gravité, le mélange sur un convoyeur du genre bande de convoyage ou autre.
Selon l’étape suivante e), on calibre en épaisseur le mélange pour former une bande continue d’épaisseur déterminée. A titre d’exemple, on exerce une pression linéaire sur la bande de mélange par l’intermédiaire d’un rouleau de compression, pour effectuer le calibrage en épaisseur.
Ensuite, selon une étape f), on chauffe la bande de mélange pour la porter ou la maintenir à une température d’au moins 90°C et de préférence comprise entre 110°C et 150°C et plus préférentiellement comprise entre 110°C et 145°C, dans toute l’épaisseur de la bande de mélange, sur une durée de chauffe dc d’au moins 3 mn. Ensuite, selon une étape g), on refroidit la bande isolante ainsi obtenue, jusqu’à une température ambiante ou à une température proche de la température ambiante. On procède également au cours de cette étape g), au calibrage en largeur et en longueur du panneau isolant obtenu par découpage périphérique de la bande isolante rigide ou semi-rigide. Cette opération est effectuée de manière connue en soi, par exemple à l’aide de scies.
Finalement on procède, selon une étape h), à l’emballage du panneau isolant.
Selon un exemple préférentiel, l’étape f) est mise en œuvre en utilisant d’une part un système de chauffe à haute fréquence ou à micro-ondes pour chauffer la bande de mélange en profondeur et d’autre part un système de chauffe additionnel pour chauffer la bande de mélange au niveau de ses chants périphériques libres. A titre d’exemple, le traitement thermique du mélange est obtenu au moins en partie par l’intermédiaire d’un système de chauffe à haute fréquence. La fréquence utilisée est par exemple de 13,56 MHz. Selon un autre exemple de mise en œuvre, le traitement thermique du mélange est obtenu au moins en partie par l’intermédiaire d’un système de chauffe à micro-ondes. La fréquence utilisée est alors par exemple de 915 MHz ou de 2450 MHz.
Le système de chauffe additionnel comprend avantageusement un système de chauffe à rayonnements infra-rouges. Plusieurs systèmes de chauffe à rayonnements infra-rouges pourront être utilisés de manière à irradier l’ intégralités des faces périphériques, notamment les chants périphériques libres de la bande de mélange.
Avantageusement, le procédé de fabrication consiste à piloter la vitesse d’ avance du convoyeur pour que la bande de mélange transportée, traverse une zone active de chauffe pendant une durée correspondant à la durée ce chauffe minimale dc.
Avantageusement, le procédé de fabrication consiste à utiliser au moins un capteur pour mesurer la température en bordure de la bande de mélange et à utiliser au moins un capteur pour mesurer la température à cœur de ladite bande de mélange. Le système de chauffe et le système de chauffe additionnel sont alors pilotés en continu en fonction de valeurs mesurées par lesdits capteurs. Le maintien d’une température minimale en bordure de la bande de mélange permet de garantir une réticulation homogène du matériau liant et ce même en bordure de ladite bande de mélange.
Avantageusement, le procédé de fabrication consiste à utiliser au moins un capteur pour mesurer le taux d’humidité du mélange lors de l’étape d) ou e) et piloter les systèmes de chauffe en fonctions de valeurs mesurées par ledit capteur. Le taux d’humidité du mélange est avantageusement compris entre 5% et 40% et préférentiellement compris entre 12% et 30% et de manière encore plus préférée compris entre 13% et 25%. Le contrôle du taux d’humidité et des températures en bordure et à cœur de la bande de mélange, permettent de réduire substantiellement l’énergie de chauffe fournie par les systèmes de chauffe, car l’énergie thermique qu’il convient de dissiper de façon homogène dans la bande de mélange dépend dudit taux d’humidité.
La durée de la ou des opérations de mélange dépend du dimensionnement de l’installation et notamment du mélangeur 3.
Selon un exemple de mise en œuvre, le procédé consiste sous l’étape a), à utiliser au moins un broyeur pour déchiqueter et broyer la paille en balles, ledit au moins un broyeur comportant des outils de déchiquetage / broyage réglables pour définir les propriétés de formes et de dimensions des brins de paille défibrée obtenue.
Les mélangeurs 3, 3a et 3b sont avantageusement des cylindres rotatifs suivis en aval d’une cage de chute.
Selon un exemple de mise en œuvre, le matériau liant comprend un liant comprenant des fibres bi-composantes thermofusibles, des fibres de Polyester/Polyéthylène, Polyester/PBT. Ces fibres bi-composantes thermofusibles présentent avantageusement un point de fusion bas d’environ 110°C.
Selon un autre exemple de mise en œuvre, le matériau liant comprend des fibres biopolymères polylactic du genre PLA/Co-PLA, PLA/PBS obtenues à partir de céréales. Ces fibres bi-composantes thermofusibles présentent avantageusement un point de fusion bas entre 130°C et 164°C.
Selon un exemple de mise en œuvre, le procédé consiste à mélanger le matériau liant, ou le mélange la paille défibrée et le matériau liant, avec un ou plusieurs adjuvants comprenant un produit fongicide avec une proportion en masse par rapport à la masse totale des produits mélangés, comprise entre 0,03% et 11% et de préférence comprise entre 0,5% et 4%.
Selon un autre exemple de mise en œuvre, le procédé consiste, après l’étape f) et de préférence après le formatage en longueur et en largeur du mélange, à pulvériser sur chaque face de la bande de mélange, un ou plusieurs adjuvants comprenant un produit fongicide avec une proportion en masse par rapport à la masse totale des produits mélangés, comprise entre 0,03% et 11% et de préférence comprise entre 0,5% et 4%. On pourra par exemple se reporter à la figure 1.
Le formatage en longueur et en largeur de la bande de mélange est effectué par exemple par une opération de découpe périphérique.
Selon un autre exemple de mise en œuvre, les adjuvants comprennent un produit retardateur au feu avec une proportion en masse par rapport à la masse totale des produits mélangés, comprise entre 24% et 72%.
Selon un autre exemple de mise en œuvre, le produit retardateur au feu comprend un géopolymère sous forme visqueuse ou liquide. A titre d’exemple, on peut citer le métakaolin.
Selon un exemple de mise en œuvre, le procédé comprend une étape d’application sur au moins une face du panneau isolant, d’un revêtement retardateur au feu ou ignifuge, lequel présente une épaisseur d’au moins 0,5 mm.
L’invention concerne aussi un panneau isolant composite comprenant un panneau isolant obtenu selon le procédé de fabrication détaillé ci-dessus et sur lequel est collé un panneau additionnel retardateur au feu.
L’invention concerne également une structure modulaire préfabriquée en bois pour réaliser une paroi ou un mur ou pour recouvrir un mur d’un bâtiment, côté extérieur ou côté intérieur. Une telle structure comprend au moins un panneau isolant obtenu selon le procédé de fabrication détaillé ci-dessus.
L’invention concerne également une structure modulaire préfabriquée mixte en bois et béton pour réaliser une paroi ou un mur ou pour recouvrir un mur d’un bâtiment, côté extérieur ou côté intérieur. Une telle structure comprend au moins un panneau isolant obtenu selon le procédé de fabrication détaillé ci-dessus. A titre d’exemple, le procédé conforme à l’invention permet de fabriquer un panneau isolant semi-rigide présentant une masse volumique comprise entre 50 kg/m3 et 150 kg/m3 et de préférence comprise entre 60 kg/m3 et 100 kg/m3 après refroidissement. Un panneau isolant présentant une masse volumique comprise entre 50 kg/m3 et 100 kg/m3 aura des propriétés à prédominance d’isolation thermique alors qu’un panneau isolant présentant une masse volumique comprise entre 100 kg/m3 et 150 kg/m3 aura des propriétés à prédominance de résistance au feu et d’isolation acoustique.
Les panneaux isolants obtenus avec le procédé conforme à l’invention peuvent ainsi présenter des caractéristiques techniques très variées. Avec le même procédé de fabrication, il est possible d’obtenir des panneaux adaptés à des applications différentes. En fonction de ces caractéristiques techniques, le panneau peut être appliqué en toiture, sur un mur ou sur un plancher.
Il est évident que la présente description ne se limite pas aux exemples explicitement décrits, mais comprend également d’autres modes de réalisation et de mise en œuvre. Ainsi, une caractéristique technique décrite, ou une étape de procédé décrite, peut être remplacée par une caractéristique technique équivalente, respectivement une étape équivalente, sans sortir du cadre de la présente invention tel que défini par les revendications.

Claims

Revendications
1. Procédé de fabrication en continu d’un panneau isolant à base de paille de céréales, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes : a) broyer mécaniquement la paille pour obtenir une paille défibrée dont les brins présentent une longueur moyenne comprise entre 3 mm et 22 mm et de préférence comprise entre 3 mm et 11 mm et dont le diamètre moyen est compris entre 0,5 mm et 4,0 mm et de préférence compris entre 0,5 mm et 2,5 mm, b) utiliser un mélangeur (3) et mélanger la paille défibrée avec un matériau liant introduit dans le mélangeur (3) avec une proportion en masse comprise et 3% et 25% et de préférence comprise entre 3% et 10% et de manière plus préférée comprise entre 3% et 9% par rapport à la masse totale du mélange, c) injecter de l’air comprimé dans le mélange pour homogénéiser ledit mélange, d) déposer le mélange sur un convoyeur, e) calibrer en épaisseur le mélange pour former une bande continue de mélange d’épaisseur déterminée, f) chauffer la bande de mélange pour la porter et/ou la maintenir à une température d’au moins 90°C et de préférence comprise entre 110°C et 150°C et de manière plus préférée comprise entre 110°C et 145°C, dans toute l’épaisseur de ladite bande de mélange sur une durée de chauffe dc, g) refroidir la bande isolante ainsi obtenue jusqu’à une température ambiante ou à une température proche de la température ambiante et calibrer en largeur et en longueur ladite bande isolante pour former le panneau isolant, h) emballer le panneau isolant.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu’il consiste sous l’étape a) à utiliser au moins un broyeur pour déchiqueter et broyer la paille en balles, ledit au moins un broyeur comportant des outils de déchiquetage / broyage réglables pour définir les propriétés de formes et de dimensions des brins de paille défibrée obtenue, lesdits outils comprenant en série des couteaux et des marteaux.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu’il consiste sous les étapes b), c) et d) à utiliser au moins un mélangeur (3) du genre cylindre rotatif, associé en aval, à une cage de chute à partir de laquelle est alimenté le convoyeur.
4. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu’il consiste filtrer la paille défibrée obtenue sous a) pour évacuer des poussières et autres impuretés à hauteur d’une proportion en masse d’au moins 2% et de préférence d’au moins 5% à 10% de la paille défibrée.
5. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le matériau liant comprend un liant bi-composant thermofusible choisi parmi les bi- composants comprenant des fibres biopolymères polylactic du genre PLA/Co-PLA, PLA/PBS obtenues à partir de céréales.
6. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le matériau liant comprend un liant bi-composant thermofusible comprenant des fibres de Polyester/Polyéthylène, Polyester/PBT.
7. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu’il consiste à mélanger le matériau liant, ou le mélange la paille défibrée et le matériau liant, avec un ou plusieurs adjuvants comprenant un produit fongicide avec une proportion en masse par rapport à la masse totale des produits mélangés, comprise entre 0,03% et 11% et de préférence comprise entre 0,5% et 4%.
8. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu’il consiste, après l’étape f) et de préférence après le formatage en longueur et en largeur du mélange, à pulvériser sur chaque face dudit mélange, un ou plusieurs adjuvants comprenant un produit fongicide avec une proportion en masse par rapport à la masse totale des produits mélangés, comprise entre 0,03% et 11% et de préférence comprise entre 0,5% et 4%.
9. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les adjuvants comprennent un produit retardateur au feu avec une proportion en masse par rapport à la masse totale des produits mélangés, comprise entre 24% et 72%.
10. Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu’il comprend une opération de démêlage et d’aération du matériau liant au préalable de l’étape b).
11. Procédé selon l’une quelconque des revendications là 10, caractérisé en ce que l’étape f) est mise en œuvre en utilisant d’une part un système de chauffe à haute fréquence ou à micro-ondes pour chauffer la bande de mélange en profondeur et d’autre part un système de chauffe additionnel pour chauffer la bande de mélange au niveau de ses chants périphériques libres, ledit système de chauffe additionnel comprenant un système de chauffe à infra-rouge.
12. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu’il consiste à utiliser au moins un capteur et/ou sonde pour mesurer la température en bordure de la bande de mélange et à utiliser au moins un capteur et/ou sonde pour mesurer la température à cœur de ladite bande de mélange et piloter en continu les systèmes de chauffe en fonction de valeurs mesurées par lesdits capteurs et/ou sondes.
13. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu’il consiste à utiliser au moins un capteur et/ou sonde pour mesurer le taux d’humidité du mélange lors de l’étape d) ou e) et piloter les systèmes de chauffe en fonctions de valeurs mesurées par ledit capteur et/ou sonde.
14. Panneau isolant ou ensemble isolant, semi-rigide, comportant au moins un panneau obtenu par le procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 13, ledit panneau présentant une masse volumique comprise entre 50 kg/m3 et 150 kg/m3 et de préférence comprise entre 60 kg/m3 et 100 kg/m3.
15. Structure modulaire préfabriquée en bois ou mixte en béton - bois pour réaliser une paroi ou un mur ou pour recouvrir un mur d’un bâtiment, côté extérieur ou côté intérieur, caractérisée en ce qu’elle comprend au moins un panneau isolant fabriqué selon le procédé conforme à l’une quelconques des revendications 1 à 13
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