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Nouveaux matériaux Isolants et leurs procédés de fabrication
On a fréquemment utilisé dans les industries les plus diverses des substances, telles que l'amiante ou le mica, chargées ou non et agglomérées par des liants généralement or- ganiques.
Pour améliorer les matériaux ainsi obtenus, l'idée est venue tout naturellement d'employer comme liants les résines organosiliciques qui sont bien connues pour leur bonne résis- tance à la chaleur, à l'humidité et au passage du courant.
C'est ainsi qu'on a proposé d'agglomérer de l'amiante en trem- pant celui-ci dans une solution de résine organosilicique, éli- minant le solvant par évaporation puis chauffant à la tempéra- ture d'insolubilisation de la résine, en sorte que celle-ci après traitement ou "cuisson" ne soit plus soluble dans les solvants de la résine de départ.
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Les matériaux que l'on obtient par cette technique clas- sique possèdent les qualités, comme l'isolement thermique de l'amiante; il leur manque toutefois une résistance mécanique qui permette de généraliser leur emploi tels quels, de les travail- ler à l'outil, etc.. Les défauts de l'amiante, comme son grand pouvoir d'absorption d'eau, se trouvent atténués grâce aux pro- priétés hydrofuges de la résine organosilicique, mais lorsque ces matériaux sont soumis de façon prolongée à l'action d'une atmosphère très humide ou après qu'ils ont subi une immersion prolongée, leur qualité d'isolant électrique diminue sensible- ment du fait qu'ils absorbent encore une notable quantité d'eau.
La demanderesse a maintenant trouvé que si l'on imprè- gne de l'amiante avec une résine organosilicique et qu'on sou- mette ensuite le tout à un traitement nettement plus énergique que le traitement classique suffisant à provoquer l'insolubili- sation de la résine organosilicique, on obtient des matériaux nouveaux qui, tout en étant très légers, peuvent présenter une excellente résistance mécanique, souvent caractérisée par une sonorité analogue à celle de la tôle, tout en offrant de remar- quables qualités électriques qui sont pratiquement conservées en dépit de l'action de l'humidité; ils ont de plus une très bonne tenue aux températures élevées.
L'amiante mis en oeuvre dans la présente invention peut être utilisé sous les formes les plus diverses telles que, par exemple, des cartons d'amiante pur ou éventuellement chargés et agglomérés par des liants organiques, ou seulement chargés, ou seulement agglomérés; ou des fibres d'amiante obtenues par exem- ple par défibrage de bourre d'amiante, ou même de la bourre d'amiante employée telle quelle, ou encore des tissus d'amiante.
Comme résines organosiliciques, on peut employer les résines organosiliciques les plus diverses par le degré de substitution ou la nature des radicaux organiques attachés au silicium. Les meilleurs résultats ont toutefois été obtenus à
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partir de résines méthylpolysiloxaniques. Il est préférable de ne pas employer la résine sèche, mais à l'état de solution ou en dispersion, de façon à en faciliter la répartition homogène sur l'amiante.
L'imprégnation de l'amiante par la résine organosilicique peut se faire par les moyens les plus divers, tels que par exem- ple trempage de l'amiante dans une solution de résine organosi- licique, enduction au pinceau, au pistolet, pulvérisation de la solution de résine dans une enceinte dans laquelle des fibres d'amiante sont maintenues en suspension par courant d'air souf- flé. Pour la mise en oeuvre de l'invention,la quantité de ré- sine organosilicique absorbée par l'amiante peut varier dans de larges limites, par exemple de 3 à 70% du poids de l'amiante, qui sont des marges facilement accessibles dans les techniques d'imprégnation indiquées.
On sait que l'insolubilisation des résines organosilici- ques s'obtient d'ordinaire par chauffage de ces résines à une température et pendant un temps variables selon la nature de la résine ; mais pour des résines les plus couramment utilisées, l'insolubilisation est généralement obtenuepar un chauffage de 2 à 4 heures à des températures comprises entre 150 et 250 C.
Par "traitement nettement plus énergique que celui qui .suffirait à provoquer l'insolubilisation de la résine", il faut entendre, soit l'action d'une température nettement supérieure à celle du traitement classique provoquant l'insolubilisation de la résine, soit l'action combinée de cette température éle- vée et de la pression.
On peut effectuer la cuisson à température plus élevée.
Alors que, comme il vient d'être dit, l'insolubilisation s'ob- tient généralement entre 150 et 250 C pour des durées de chauf- fage habituelles qui sont de quelques heures, on peut obtenir les nouveaux produits en chauffant les agglomérés à des tempé- ratures nettement supérieures, par exemple comprises entre 300
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et 5000C. ces températures étant atteintes soit progressivement, soit par paliers successifs.
Les propriétés avantageuses mentionnées plus haut peuvent également être acquises sous l'influence combinée de la tempé- rature et de la pression. Les agglomérés préparés par absorption de résine par l'amiante peuvent être soumis à une pression va- riable, par exemple de quelques kgs à quelques tonnes par cm2.
Cette pression peut être exercée, soit avant la cuisson, soit pendant celle-ci. On peut par exemple presser l'amiante impré- gné de résine organosilicique avant de le soumettre à la tempe rature de cuisson. Ce traitement conduit à des produits ayant des surfaces bien lisses, qui sont ainsi d'une meilleure pré- sentation et qui peuvent être revêtus, après cuisson, d'enduits transparents, incolores ou colorés, etc. Toutefois, il est avan- tageux de ne soumettre à cette action de la pression avant cuisson que des matériaux possédant une certaine rigidité mécani- que, tels que des cartons d'amiante préalablement chargés ou déjà agglomérés par un liant.
On peut aussi faire agir la pression pendant la cuisson de la résine. Ce procédé permet alors d'agglomérer non seule- ment des cartons d'amiante préalablement chargés et liés, mais aussi des cartons d'amiante pur, c'est-à-dire des supports qui ne présentent par eux-mêmes aucune rigidité mécanique. Une moda- lité avantageuse consiste à procéder en deux stades, le premier à la température d'insolubilisation, sous pression, le second avec ou sans pression, aux températures élevées indiquées ci- dessus.
La quantité de résine mise en oeuvre joue un rôle im- portant dans les propriétés des agglomérés obtenus; les agglomé- rés comprenant un fort taux de résine, par exemple de l'ordre de la moitié du poids de l'aggloméré ou même davantage, présentent toutes conditions étant égales par ailleurs, des qualités su- périeures à celles des agglomérés moins riches en résine, par-
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ticulièrement en ce qui concerne la résistivité électrique et l'absorption d'eau.
L'un des avantages de la présente invention réside dans le fait que chacun des facteurs permettant d'améliorer la qualité des agglomérés peut, si on le met en oeuvre avec une intensité suffisante, pallier l'insuffisance d'un ou de plu- sieurs autres facteurs. C'est ainsi par exemple qu'on peut obtenir d'excellents agglomérés même sans les soumettre à l'in- fluence de la pressi on, à condition de les chauffer assez long- temps, ou à une température suffisante, ou de les préparer avec un taux suffisant de résine, etc.
Il est particulièrement remar- quable qu'on puisse obtenir des agglomérés présentant une bonne résistivité électrique et absorbant très peu d'humidité tout en contenant de très faibles taux de résine organosiliciques, par exemple bien inférieurs à 20% et pouvant même être aussi bas que 4% du poids total de l'aggloméré; il suffit de chauffer celui-ci à une température suffisante, par exemple de 300 à 500 C, tout en le soumettant à l'effet d'une pression élevée, par exemple de quelques centaines de kgs. par centimètre carré. On conçoit que cette technique présente un avantage économique considérable étant donné le prix élevé des résines organosiliciques.
Les agglomérés objets de la présente invention sont peu sensibles à l'action même prolongée de l'humidité. Ils ont des propriétés électriques remarquables pour des compo- sés d'amiante: la rigidité électrique atteint des valeurs très élevées, pouvant dépasser 10 lcv/mm. Leurs résistivité qui est couramment de 109ohm/cm peut atteindre et dépasser 1010 à 1011 ohm/cm. et se maintient pratiquement après séjour prolongé dans l'eau ou à l'humidité; on observe aussi une résistance excep- tionnelle à l'arc et aux effluves électriques.
Ces matériaux, bien que très légers, ont de bonnes propriétés mécaniques parmi lesquelles leur rigidité qui se traduit fréquemment par le ca- ractère de sonorité analogue à celui d'une tôle métallique; on
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peut de ce fait généraliser leur emploi tels quels et ils se prêtent à tous les usinages. Il est possible d'augmenter encore la rigidité et la solidité mécaniques des matériaux de l'inven- tion au moyen d'une armature métallique. On peut par exemple, lors de la cuisson, comprimer en sandwich entre deux cartons d'amiante imprégnés de résine organosilicique un treillis, toile ou grillage métallique ou un tissu d'amiante, de verre ou de su- perpolyamide, le matériau résultant acquiert des qualités mé- caniques comparables à celles des métaux en plaques d'épaisseur analogue.
Les nouveaux produits sont enfin des matériaux incom- bustibles ; portés à des températures élevées, ils peuvent, dans certains cas, donner lieu à des flammes blanches, de brève durée ainsi qu'à des dépôts superificiels de silice, dûs à la combus- tion ou décomposition des résines organosiliciques, mais leur texture et leurs propriétés mécaniques demeurent inaltérées pendant de longues périodes de chauffage. Ils ne transmettent pratiquement pas la chaleur et constituent donc des matériaux de choix pour résister au feu. Ils sont, en outre, imputrescibles
Grâce à l'ensemble de leurs qualités, les nouveaux agglo- mérés trouvent des applications nombreuses dans les industries électriques et radio-électriques.
Ce sont d'excellents isolants, insensibles à l'humidité; ils peuvent admettre des vernissages, par exemple au moyen de vernis à base de résines organosilici- ques, ce qui, en même temps que l'obtention d'effets décoratifs, permet une amélioration nouvelle de leurs propriétés de résis- tance électrique superficielle. Leur légèreté jointe à de bonnes propriétés mécaniques, les rend particulièrement indiqués pour l'aviation ou la marine. Ce sont des matériaux de choix pour faire des isolants thermique ; des cloisons pare-feu peuvent être réalisées avec des panneaux simples, armés ou non, ou avec des doubles ou multiples panneaux, l'espace intermédiaire étant garni de matériaux ignifuges, comme laine de laitier, laine de verre, etc.
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Les exemples suivants, sont donnés à titre indicatif et non limitatif pour illustrer la présente invention.
EXEMPLE 1.-
Un feutre en amiante bleu non chargé est trempé dans une solution de résine méthylsiloxanique à rapport CH/Si = 1,2.
Cette solution est faite dans un mélange de solvants constitué p ar du benzène et de l'alcool méthylique et sa concentration est voisine de 15% en résine sèche. Pans ces conditions la quan- tité de résine retenue par l'amiante est de l'ordre de 30% en poids. Après 10 minutes de trempage on évapore à l'air pendant 1 h.30, puis pendant 2 h., à l'étuve à vide à 100 C.
Avec l'aggloméré ainsi obtenu on fait trois échantillons.
Le premier, qui servira de témoin, est cuit pendant 2 heures à 200 C, c'est-à-dire dans des conditions qui provoquent seulement l'insolubilisation de la résine. Le second échantillon est cuit pendant 2 heures à 300 C sous une pression de 40 kg. par centiè mètre carré. Le troisième échantillon est cuit pendant 2 heures à 500 C sous une pression de 40 kg. par centimètre carré.
Après ces traitements, les trois échantillons sont plongés pendant 24 heures dans l'eau froide, puis égouttés et l'on mesure leur résistivité. On obtient alors les chiffres suivants:
EMI7.1
<tb> Echantillon <SEP> cuit <SEP> à <SEP> 200 C <SEP> (témoin) <SEP> 3,6 <SEP> x <SEP> 108 <SEP> ohm/cm.
<tb>
<tb>
" <SEP> " <SEP> à <SEP> 300 C <SEP> 2,3 <SEP> x <SEP> 109 <SEP> "
<tb>
<tb> " <SEP> " <SEP> à <SEP> 500 <SEP> 1,6 <SEP> x <SEP> 1010 <SEP> "
<tb>
EXEMPLE 2. -
Un feutre d'amiante est trempé dans une solution de ré- sine méthylsiloxanique telle, que le carton retienne une quan- tité de solution correspondant au rapport résine/amiante = 7,5/100. On évapore alors pendant 2 h, à l'air, fait subir un préchauffage de 15 minutes à 100 C et cuit sous 40 kg. par centimètre carré trois échantillons préparés à partir de cet agglomérer
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Le premier échantillon (témoin) est chauffé pendant 2 heures à 200 C. Le second est chauffé pendant 2 heures à 400 C et le troisième pendant 2 heures à 500 C.
Les conditions d'humi- dification étant les mêmes que dans l'exemple 1 on trouve les valeurs suivantes pour la résistivité:
EMI8.1
<tb> Resistixité
<tb>
<tb>
<tb> Echantillon <SEP> cuit <SEP> à
<tb> 200 <SEP> (témoin) <SEP> moins <SEP> de <SEP> 0,5 <SEP> x <SEP> 107 <SEP> ohm/cm
<tb>
<tb> Echantillon <SEP> cuit <SEP> à
<tb> 4000 <SEP> 3, <SEP> 2 <SEP> x <SEP> 107 <SEP> "
<tb>
<tb> Echantillon <SEP> cuit <SEP> à
<tb> 500 <SEP> 1,4 <SEP> x <SEP> 109 <SEP> "
<tb>
EXEMPLE 3..-
On imprègne de la bourre d'amiante par trempage dans une solution à 50% dans le mélange benzène-acétate d'éthyle d'une résine méthylsiloxanique, dans laquelle le rapport CH3/Si est égal à 1,25. On évapore le solvant par exposition à l'air pen- dant 2 heures et séchage pendant 3 heures à 100 C sous vide.
On obtient un aggloméré qui contient des parties égales de résine (comptée en produit sec) et de bourre d'amiante.
La bourre agglomérée est ensuite défibrée mécaniquement dans un petit moulin, ce qui donne un produit qui peut se con- server sous cette forme. Ce produit est ensuite moulé sous forte pression à 100 C et l'on en fait trois échantillons.
Le premier échantillon est cuit 2 heures à 200 C. Après refroidissement, il constitue un aggloméré de mauvaise tenue mé- canique et n'ayant aucune sonorité au choc. Le second échantillon est cuit à 300 C pendant une heure sous 50 kg par centimètre carré, et le troisième échantillon est chauffé pendant 2 heures à 400 C sous une pression de 500 kg par centimètre carré. On obtient dans les deux derniers cas des agglomérés durs, très ri- gides, surtout le dernier, présentant une sonorité rappelant celle d'un objet de porcelaine.
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Ces trois échantillons soumis à l'essai de résistance à l'arc D 495-42 des normes américaines de 1'A.S.T.M. (année 1947 p.405) ont donné les résultats suivants:
EMI9.1
<tb> 'Temps
<tb>
<tb> Echantillon <SEP> n .1 <SEP> 3 <SEP> minutes
<tb>
<tb> " <SEP> n .2 <SEP> 5 <SEP> minutes
<tb>
<tb> " <SEP> n .3 <SEP> 5 <SEP> minutes
<tb>
EXEMPLE 4.-
Un carton d'amiante fortement chargé est imprégné d'une solution à 50% dans l'acétate d'éthyle, d'une résine méthylsilo- xanique dans laquelle le rapport CH3/Si est égal à 1,0. 9.près évaporation à 100 C on soumet divers échantillons de cet agglomé- ré à une pression de 400 kg par centimètre carré.
Un échantillon, considéré comme témoin, est cuit pendant 2 heures à 200 C. Après trempage pendant toute une nuit dans l'eau on constate qu'il a absorbé une quantité d'humidité repré- sentant 6% de son poids.
Un second échantillon chauffé pendant 2 heures à 400 conduit à un aggloméré ayant la sonorité d'une plaque de tôle et n'absorbant plus, par trempage d'une nuit dans l'eau, que 1,5 à 2% de son poids d'eau.