Procédé de fabrication de produits en fibres minérales, appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé et produit fibreux obtenu par ce procédé. La présente invention comprend un pro cédé de fabrication de produits en fibres minérales, notamment en fibres de verre, ainsi qu'un appareil pour la mise en oeuvre de ce procédé et un produit fibreux obtenu par ce procédé. Les produits obtenus peuvent en particulier être des matelas en fibres de verre, façonnés à chaud, ou d'autres articles semblables.
Le procédé objet de la présente invention permet de façonner une masse de fibres de verre à la forme et à la densité désirées. Il s'applique par exemple à la fabrication de panneaux isolants de très grande densité et de dimensions très précises déterminées à l'avance, panneaux qui sont élastiques et souples et qui résistent à la flexion et à de fortes déformations. De tels- panneaux ou ma telas isolants trouvent spécialement leur application dans l'isolation de corps portés à hautes températures. Ils supportent bien les charges et présentent d'autres propriétés physiques intéressantes, tout en étant des isolants efficaces.
A l'heure actuelle, la laine de verre est fabriquée généralement en étirant des filets de verre fondu au moyen d'un courant gazeux. Les fibres ainsi formées sont longues, fines et flexibles et, lorsqu'elles sont accumulées en une nappe, elles donnent un produit élas tique et duveteux. Diverses méthodes ont été employées pour transformer cette matière fibreuse minérale, de même que d'autres ma- tières analogues, en des matelas de forte densité.
Selon une de ces méthodes, on chauffe une nappe de fibres de verre lâches à une température à laquelle les fibres sont suffisamment ramollies pour qu'elles puis sent s'affaisser sous leur propre poids et se comprimer ainsi en une nappe de plus grande densité. A la température employée, les fibres fondent ou se fondent partiellement les unes dans les autres à leurs points de contact et se fixent ainsi les unes aux autres en donnant une nappe rigide relativement peu flexible.
Une autre méthode consiste à faire subir à la masse de fibres de verre lâches une com pression relativement élevée pour diminuer son volume et lui faire atteindre la densité requise. Un chauffage est appliqué aux fibres pendant que la masse est maintenue sous compression, de telle sorte que les fibres perdent leur élasticité, puis redurcissent dans la forme qu'elles ont été obligées de prendre par suite de la compression.
Ces deux méthodes présentent des incon vénients. Le produit obtenu par la première méthode est trop rigide pour certaines appli cations. Il peut être détérioré par des flexions ou des déformations importantes, parce que celles des fibres du matelas qui se sont sou dées les unes avec les: autres, ne peuvent pas effectuer de mouvements relatifs entre elles.
La seconde méthode présente le désavan-, Cage que la densité finale du produit est limi- tée par la valeur de la pression qui peut être appliquée en pratique à la nappe fibreuse. Par exemple, pour obtenir un matelas ter miné pesant 192 g au décimètre cube, une pression de plusieurs dizaines d'atmosphères est nécessaire pour comprimer la nappe lâche. Tout mécanisme employé pour exercer cette pression sur la nappe -est soumis aux mêmes températures élevées que celles nécessaires au ramollissement du verre de la nappe, tempé ratures qui sont habituellement aux environs de 480 à 650 C.
Un tel mécanisme doit pou voir maintenir cette pression élevée pendant toute la durée du chauffage de la nappe de fibres de verre. Ces, conditions soulèvent de sérieux problèmes. de construction de l'appa reil et rendent pratiquement impossible l'ob tention des fortes densités désirées. Un autre désavantage de cette méthode réside dans le fait qu'en cherchant à comprimer la nappe jusqu'à la valeur requise alors qu'elle est froide, un grand nombre des fibres cassent, ce qui modifie d'une manière nuisible la co hérence et les autres propriétés physiques du produit.
Le procédé objet de la présente invention permet de fabriquer des produits présentant pratiquement n'importe quelle densité et con figuration désirées.
Ce procédé est caractérisé en ce que l'on chauffe une nappe lâche de fibres minérales, à une température suffisante pour rendre les fibres plastiques, mais inférieure @à celle à laquelle les fibres fondent en se réunissant de façon notable les unes aux autres à leurs points de contact et en ce que l'on façonne ensuite, par pression, à la forme et à la den sité- désirées, cette masse alors qu'elle est ainsi chauffée.
De la laine de verre ou autre matière mi nérale peut être ainsi conformée à chaud à la forme requise, sans effets nuisibles pour les propriétés physiques de la laine. Les fibres individuelles restent séparées et ca pables de se déplacer les unes par rapport aux autres, ce qui assure l'élasticité et la souplesse du produit fini. Les fibres chauf fées sont capables de supporter leur propre poids et la nappe ne doit pas s'affaisser, de telle sorte que pratiquement tout le façon nage et toute la compression doivent être effectués par application de pression. Ceci permet un contrôle exact de la forme désirée.
Les densités qu'il est possible d'obtenir pour les produits finis ne sont pas limitées par la valeur de la pression qui peut être appliquée pour comprimer la nappe, en ce sens que le procédé de l'invention permet l'emploi de pressions relativement faibles, même pour la fabrication de produits finis de très forte densité.
Le procédé permet également la fabrica tion d'un produit en laine de verre de forte densité, produit qui conserve, dans une grande mesure, l'élasticité, la souplesse et les autres propriétés physiques avantageuses des pro duits de faible densité. Les fibres ne sont pas cassées dans une mesure appréciable, elles ne sont pas non plus soudées entre elles par fu sion dans une mesure nuisible à l'élasticité et à la flexibilité du produit fini.
De plus, dans le produit obtenu, les fibres peuvent être déformées en permanence, de manière qu'elles aient tendance à s'enche vêtrer mécaniquement et à se maintenir les unes les autres sous la forme d'une nappe, de telle sorte que cette nappe soit bien cohérente et ne nécessite qu'une faible quantité ou même aucune matière liante pour la main tenir. La déformation permanente des fibres de verre empêche la nappe de devenir duve teuse et de se gonfler d'une manière nuisible, au cas où la matière liante serait enlevée de la nappe pendant son emploi, comme par exemple dans le cas où la nappe serait chauf fée à la température de combustion du liant.
Le façonnage par compression de la masse fibreuse rendue plastique peut être effectué par un conformateur; dans lequel des formes simples ou compliquées peuvent être données au produit, ou bien par des organes de com pression de configuration plate ou autre, ou par un rouleau ou autre moyen approprié. Selon la forme d'exécution préférée de l'in vention, pour la fabrication de panneaux iso lants, la masse de fibres plastiques est ame- née sous un rouleau par lequel elle est com primée à.la valeur désirée. La masse de fibres plastiques peut être réduite à n'importe quelle densité convenable en exerçant simplement sur elle une pression relativement faible.
Après avoir été comprimée, la masse conserve la forme qui lui a été donnée par le rouleau de compression, de telle sorte qu'il n'est pas nécessaire habituellement de maintenir la pression sur la masse après qu'elle a été comprimée et pendant qu'elle refroidit.
La laine de verre peut être conformée en continu, au fur et à mesure qu'elle quitte l'appareil de fabrication de fibres. Les fibres, au fur et à mesure qu'elles sont formées, sont alors déposées sur une surface de récep tion mobile. La nappe de fibres, venant de l'appareil de fabrication de fibres, peut être passée à travers une chambre chaude pour être portée à la température désirée et en suite conformée. Lorsque l'on fabrique des produits de forte densité et d'épaisseur appré ciable, il est désirable d'avoir une forte épais seur de laine lâche en formant une nappe composite avec plusieurs couches superposées de laine de verre et en chauffant et en con formant cette nappe composite.
Lors de la conformation, les lignes de séparation entre les différentes couches disparaissent prati quement pour donner un produit fini uni forme et cohérent.
La température à laquelle la laine lâche est chauffée variera selon les différentes qua lités de verre et elle peut également varier pour un même verre, dans des limites relati vement étroites, selon la rapidité des opéra tions et le degré de compression de la masse lâche. La limite inférieure de cette tempéra ture est juste au-dessus de la température à. laquelle les fibres de verre peuvent être chauffées sans modification appréciable de leur élasticité naturelle, de telle sorte qu'une masse de laine de verre à cette température reprendrait sa forme originale après avoir été déformée.
La limite supérieure de cette tem pérature correspond pratiquement à la tempé rature juste au-dessous de celle à laquelle les fibres seront toutes ou pratiquement toutes soudées entre elles par fusion à leurs points de contact et .à laqûelle la masse fibreuse se tasse et s'affaisse sous son propre poids.
Pour la fabrication de panneaux isolants de forte densité, on a trouvé préférable d'employer une température se trouvant dans la partie supérieure de l'intervalle prévu de température, c'est-à-dire une température très proche de celle à laquelle les fibres seraient soudées entre elles par fusion à leurs points de contact. A cette température, les fibres sont suffisamment plastiques pour se déformer rapidement lorsqu'on les comprime, mais sont encore capables de supporter leur propre poids, comme cela ressort du fait que la nappe ne s'affaisse pratiquement pas sous l'effet de son propre poids.
En travaillant dans la partie supérieure de l'intervalle prévu pour la température, on s'assure que les fibres les plus épaisses de la nappe seront suffisamment ramollies pour pouvoir, comme les fibres minces, être dé formées. La conformation par compression est exécutée à de plus basses pressions que si la température du four était dans la portion inférieure dudit intervalle.
A la température employée, un nombre insignifiant de fibres peuvent se souder les unes aux autres, mais cette soudure est gé néralement causée par une irrégularité de chauffage dans l'appareil employé.
Cette soudure doit, de préférence, ne pas se produire, mais elle peut avoir lieu dans une mesure suffisamment faible pour ne pas affecter les propriétés du produit considéré dans son ensemble. Les températures qui pro duiraient la soudure d'une grande proportion des fibres doivent "être évitées, car un grand nombre des avantages résultant de la présente invention seraient de ce fait supprimés. Il est par conséquent nécessaire de contrôler exac tement la température, de telle sorte qu'elle soit maintenue dans les limites spécifiées et de préférence dans la portion supérieure de l'intervalle prévu.
Une fois que lamasse de fibres de verre est à la température appropriée, elle peut être façonnée au moyen de conformateurs ou bien elle peut être comprimée par des organes de pression tels que des rouleaux coopérants, exerçant des pressions relativement faibles sur - la masse fibreuse. La pression requise varie avec la température et le degré de ra mollissement des fibres, mais elle est bien inférieure à la pression requise pour compri mer les fibres de verre lorsqu'elles sont froides.
On a trouvé que le façonnage par com pression des fibres de verre, lorsqu'elles sont chauffées à la température indiquée, produit un effet nouveau sur les fibres dans le pro duit fini. Lorsque la masse de fibres lâches est comprimée dans une direction donnée quelconque, les fibres s'étendant dans cette direction ou présentant une composante prin cipale dans cette direction sont ondulées et bouclées par les forces de compression s'exer çant sur elles.
Les fibres ainsi modifiées sont courbées autour des fibres s'étendant dans des directions. angulaires par rapport à elles et elles tendent à, s'enchevêtrer mécanique ment avec ces fibres. Cette disposition aug mente la cohérence de la masse fibreuse con formée.
On a représenté schématiquement à la fig. 3 du dessin annexé une partie de la nappe en fibres de verre lâches. Les fibres sont disposées les unes par rapport aux autres dans des directions plus ou moins variées.
Certaines d'entre elles, par exemple les fibres 6, peuvent s'étendre dans une direction géné rale verticale en formant un angle avec d'au tres fibres, qui s'étendent pratiquement hori zontalement, comme celles indiquées en Z. Les fibres sont bouclées et recourbées à un certain degré selon la manière dont les lon gues fibres flexibles se plient vers l'avant ou l'arrière pendant leur dépôt sur la surface de réception. Lorsque la nappe est chauffée et conformée selon la présente invention,
et qu'elle est comprimée dans une direction pra tiquement verticale, les fibres 6 tendent à. s'onduler et ù, se recourber sous l'action de la force de compression qui leur est appliquée dans la direction de leur longueur.
Les fibres recourbées et ondulées s'accrochent et s'en- chevêtrent les unes avec les autres et avec d'autres fibres, comme indiqué en 8, et ten dent à augmenter la cohérence et le feutrage de la nappe. Cet arrangement des fibres est représenté schématiquement à la fig. 4, dans laquelle les fibres 6 sont représentées comme étant ondulées et enchevêtrées avec les autres fibres de la nappe. Les plis et les boucles des fibres ondulées sont plus prononcés que ceux résultant de l'opération de formation des fibres.
Les fibres qui sont accrochées et enchevê trées les unes avec les autres donnent suffi samment de cohérence à la nappe pour cer tains emplois, mais une petite quantité d'une matière liante est habituellement employée de préférence. On peut n'employer qu'une quantité de matière liante juste suffisante pour assurer la liaison des fibres à leurs points 9 d'accrochae et d'enchevêtrement.
On empêche ainsi<B>lé'</B> déplacement des fibres en ces points et on augmente la rigidité de la masse. Cependant, lorsque l'on emploie de plus petites quantités de substance liante ou même aucune substance liante dans le pro duit fini, la porosité, le pouvoir isolant à la chaleur et les autres propriétés de la matière fibreuse pure sont pleinement conservés ou au moins dans une grande mesure.
L'appareil pour la mise en oeuvre du pro cédé de l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte un four à travers lequel ladite nappe de fibres minérales est destinée à pas ser, des moyens pour supporter et pour dé placer ladite nappe à travers le four et des moyens pour assurer la. compression de cette nappe avant sa sortie du four, en vue de lui donner la forme et la densité voulues.
Une forme d'exécution de cet appareil est représentée, à titre d'exemple, au dessin annexé.
La fig. 1 en est une vue schématique en coupe longitudinale.
La fig. 2 est une coupe transversale du mëme appareil selon la ligne 2-2 de la fig.1. La fig. 3" est une représentation schémati que à, grande -échelle d'une portion d'une nappe avant traitement selon la présente in vention.
La fig. 4 est une vue semblable à une échelle très agrandie de la disposition des fibres dans le produit fibreux de la présente invention.
L'appareil représenté aux fig. 1 et 2 com prend un four 10, divisé en deux chambres 12 et 13 par une paroi 11 transversale. La chambre 12 est disposée pour être chauffée par des brûleurs 15 communiquant avec l'in térieur du four à travers des ouvertures 16 dans les parois latérales de celui-ci. Un ven tilateur 17, entraîné par un moteur électrique 18, est disposé pour faire circuler l'air à tra vers la chambre 12, et son orifice de sortie est relié par un conduit 20 avec une ouver ture 21 dans la paroi supérieure de la cham bre. Une ouverture 22 de la partie inférieure de l'une des parois latérales de la chambre 12 est reliée par un conduit 23 avec l'orifice d'admission du ventilateur.
L'air circulant vers le bas à travers la chambre 12 est chauffé par les brûleurs 15 et, si on le désire, peut être encore chauffé par des brûleurs auxiliaires dans les conduits 20 et 23.
Un transporteur 30, présentant des trous, est prévu dans la chambre 12 et s'étend pra tiquement sur toute la largeur de cette cham bre. Le brin supérieur du transporteur s'étend horizontalement le long de la chambre à par tir d'une ouverture 31 d'alimentation de la paroi frontale du four, jusqu'à une ouver ture 32 de la paroi centrale 11. Le transpor teur passe autour de rouleaux 33 et 34 aux extrémités respectives de la chambre 12 et sur des rouleaux intermédiaires 36 et 37, l'un de ceux-ci ou les deux pouvant être réglables pour permettre de régler la tension du trans porteur. Le brin supérieur du transporteur est supporté entre les rouleaux 33 et 34 par des rouleaux 38 disposés en ligne.
La chambre 13 est chauffée par des brû leurs 40 placés dans des lumières 42 des parois latérales du four. L'air chauffé par les brûleurs est mis en circulation à travers la chambre 13 par un ventilateur 45 entraîné par un moteur électrique 46. L'orifice d'en- trée du ventilateur est relié par un conduit 47 à une ouverture 48 de la paroi supérieure de la chambre, et l'orifice de sortie du venti lateur est relié par un conduit 49 à une ou verture 51 de la partie inférieure de la paroi latérale de la chambre, de telle sorte que l'air mis en circulation par le ventilateur 45 passe en montant à travers la chambre 13.
Une série de rouleaux alignés 55 est dis posée selon un plan horizontal à travers la chambre 13; les génératrices supérieures de ces rouleaux se trouvent dans un même plan horizontal, lequel est de préférence légère ment au-dessous du plan de la surface supé rieure du transporteur 30. Les rouleaux 55 sont supportés par des arbres 56, tourillonnés dans des paliers 57 montés de manière appro priée à l'extérieur du four.
Un cylindre de compression 60 est placé dans la chambre 13 et son axe est disposé dans un plan vertical passant par l'axe de l'un des rouleaux 55 et au-dessus de celui-ci. Plusieurs rouleaux alignés 62 peuvent être prévus en arrière du cylindre 60, chacun de ces rouleaux 62 étant placé au-dessus d'un rouleau 55, les axes de ces deux rouleaux étant situés dans un même plan vertical. Le cylindre 60 est monté sur un arbre 61, touril- lonné dans des paliers 64 sur la paroi externe du four. Les paliers 64 sont de préférence disposés pour pouvoir être déplacés vertica lement d'une manière appropriée, pour régler la distance du cylindre 60 au rouleau 55 avec lequel il coopère.
Les rouleaux 62 sont mon tés sur des arbres 66 qui peuvent être touril- lonnés dans des paliers appropriés sur les côtés extérieurs du four, ces paliers étant éga lement de préférence réglables en hauteur pour permettre d'ajuster la distance qui les sépare des rouleaux 55.
Des fibres de verre lâches sous forme d'une nappe continue, ou, si on le désire, sous forme de matelas séparés, sont amenées par un transporteur 70 ou par n'importe quel autre moyen approprié, à l'ouverture 31 de la paroi frontale du four et sur le transporteur 30. La nappe, de préférence un large feutre lâche de fibres de verre, s'étend pratiquement sur toute la largeur du four, de sorte que, lorsqu'elle est portée sur le brin supérieur du transporteur 30 à travers la chambre 12 et sur les rouleaux 55 à travers la chambre 13, la plus grande partie de l'air passant à travers chaque chambre,
est obligée de passer trans versalement à travers la masse fibreuse. Un cylindre 71, placé près .de la paroi frontale du four et tourillonné de manière appropriée pour pouvoir être réglé verticalement, est dis posé de façon à entrer en contact avec la face supérieure de la nappe, de manière à fermer l'ouverture 31.
Lorsque la nappe se déplace à travers la chambre 12, elle est chauffée par l'air chaud passant à travers la chambre et descendant .à travers la nappe jusqu'à une température s'approchant de mais légèrement inférieure à - la tempéra ture ;à laquelle on désire chauffer finalement les fibres .de verre.
Après avoir quitté la chambre 12, la nappe entre .dans la chambre 13 et est trans portée à travers celle-ci par les rouleaux 55. Un cylindre 72, monté de manière à pouvoir tourner et réglable verticalement, est placé près de la paroi 11. Ce cylindre fait contact avec la face supérieure de la nappe .et ferme l'ouverture 32.
La température de la nappe est augmentée dans la chambre 13 jusqu'à la température finale désirée pour la compres sion ou autre façonnage par pression de la nappe.' Après avoir été amenée à cette tempéra ture, la nappe passe au-dessous du cylindre 60, lequel a été figé à une distance déter minée @à l'avance du rouleau 55 avec lequel il coopère, et la nappe est ainsi comprimée et réduite à une feuille de l'épaisseur requise.
La feuille comprimée se déplace alors entre les rouleaux 62 et les rouleaux 55 et sort de la chambre 13. On laisse alors la nappe com primée se refroidir.
Des moyens appropriés sont employés pour entraîner le cylindre 60 et les rouleaux 55 pour les obliger à déplacer la nappe à tra vers la chambre 13. Ces moyens peuvent, par exemple, être des moteurs électriques pré sentant des connexions d'entraînement appro- priées avec des roues à chaînes dentées 73, 74, calées respectivement sur les arbres 61 et 56. Les rouleadg 62 peuvent être entraînés de manière analogue.
Les rouleaux 62 sont prévus pour facili ter le passage de la feuille à travers la cham bre 13 et ne sont pas nécessaires dans le cas présent pour maintenir l'état de compacité de la feuille; ils peuvent donc être supprimés si on le désire. La nappe est transportée à partir du four par un transporteur 76 ou par d'autres moyens appropriés et elle peut ensuite être traitée de n'importe quelle ma nière désirée, par exemple par application de lubrifiants ou de liants, et ensuite débitée pour former des matelas ou des produits si milaires.
Les chambres 12 et 13 et l'air circulant à travers elles sont chauffés à des tempéra tures variant selon le genre de verre consti tuant la nappe. Par exemple, lorsque les fibres de verre ont été fabriquées avec un verre d'une certaine composition, la chambre 12 peut être chauffée à environ 620 C et la chambre 13 à environ 676 C.
Les deux cham bres sont utilisées pour permettre un contrôle plus exact et plus facile du chauffage, car on a trouvé que si le verre est chauffé dans la première chambre à une température juste inférieure à celle désirée, un contrôle plus exact de la température dans la deuxième chambre peut être maintenu. De plus, la tem pérature de la première chambre ne nécessite pas d'être maintenue dans des limites très étroites, de telle sorte qu'un appareillage de contrôle coûteux n'est pas nécessaire pour cette chambre.
Si on le désire ou si on l'estime nécessaire, une seule des chambres peut être employée, ou même on peut employer plus de deux chambres, selon la vitesse de produc tion et d'autres considérations analogues.
Le passage de l'air chauffé de haut en bas à travers la première chambre permet l'emploi d'une plus grande vitesse et d'un plus grand volume d'air, vu que la nappe est supportée par le transporteur qui l'empêche de descendre. La majeure partie du chauf- fage peut ainsi être accomplie dans la pre mière chambre. L'air circulant dans la se conde chambre passe en montant à travers la nappe, de manière à assurer une température uniforme de celle-ci. Comme il n'y a qu'une faible partie seulement du chauffage à effec tuer dans la seconde chambre, la vitesse et le volume de l'air chauffé peuvent être main tenus au-dessous de ceux qui tendraient à soulever la nappe au-dessus des rouleaux de support de cette chambre.
Pour la fabrication de panneaux isolants par le procédé de l'invention, on peut utiliser de la laine de verre d'une densité de 24 à 48 g au dm3, qui peut être chauffée et con formée comme décrit ci-dessus. Ces densités sont celles résultant le plus couramment de la production industrielle de la laine de verre, mais l'invention n'est évidemment pas limitée à celles-ci. La laine de verre est ame née au four chauffé sous forme<B>-</B>de nappes ou de matelas d'une épaisseur suffisante pour donner un panneau fini des dimensions et de la densité désirées.
Pour fabriquer un panneau en laine de verre d'une densité .de 192 g au dm-, on peut, par exemple, partir d'une nappe de laine de verre d'une densité de 24 g au dm' et d'une épaisseur de 20 cm; on chauffe cette nappe et on la conforme se lon le procédé de la présente invention pour former une feuille terminée de 2,5 cm d'épaisseur. Cette feuille est suffisamment cohérente pour conserver sa forme pendant sa manutention, sans nécessiter l'emploi d'un liant, grâce ,à la manière selon laquelle les fibres de la feuille eonformée sont déformées et enchevêtrées, comme précédemment décrit.
Cette feuille est élastique et flexible, parce que les fibres elles-mêmes n'ont pas été soudées entre elles, mais restent relativement mobiles les unes par rapport aux autres.
Un grand nombre d'autres articles de di mensions, de formes et de densités très dif férentes peuvent être obtenus. Les densités réalisables sont relativement élevées, vu que la force nécessaire dans le présent procédé pour comprimer les fibres de verre n'est qu'une fraction seulement de celle nécessaire pour comprimer la matière fibreuse lorsqu'elle est froide.
Le chauffage du verre aux températures indiquées pour l'invention remplit un but u<B>1 le</B> supplémentaire. Toute huile ou autre matière organique éventuellement présente dans la nappe est brûlée à ces températures, de telle sorte que les fibres sont en fait net toyées à chaud. Grâce soit au nettoyage à chaud, soit à un autre phénomène, la surface des fibres de verre est apparemment plus ré ceptrice pour des matières de traitement et des matières liantes telles que de l'huile, de la bentonite, des résines phénol-formaldéhyde et autres produits analogues, ce qui augmente les possibilités d'application de ces matières.