FR2682403A1 - Materiau isolant a souffler. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un matériau isolant à souffler à base de laine de verre, obtenu par broyage d'un feutre comportant un liant formo-phénolique polymérisé en étuve, selon un taux compris entre 1 et 4,5 % de la masse totale du matériau, dont les fibres de verre ont un micronaire compris entre 2,2 et 3,1 sous 5 g et de préférence de l'ordre de 2,5 sous 5 g, le poids moyen de ce matériau isolant déposé par mètre carré étant inférieur à 1800 grammes pour une résistance thermique, exprimée à 10degré C, de 3 m2 degré C/W et inférieur à 2200 grammes pour une résistance thermique, exprimée à 10degré C, de 4 m2 degré C/W.

Description

MATERIAU ISOLANT A SOUFFLER
La présente invention a pour objet un matériau isolant, à base de laine de verre, constitué de touffes ou nodules de fibres de verre, de petites dimensions, livré sous forme comprimée à l'utilisateur et répandus sur la surface à isoler après cardage et transport pneumatique par une machine de soufflage.

La laine minérale à souffler est plus particulièrement destinée à l'isolation thermique et acoustique de surfaces du type combles perdus auxquelles on ne peut accéder que par des trappes ou en retirant des tuiles de la toiture. La laine minérale nodulée est appliquée in-situ au moyen d'une unité de soufflage qui comporte essentiellement une unité de démottage du matériau, de cardage et des moyens d'introduction du matériau dans un courant gazeux -de soufflage, la laine minérale nodulée étant transportée pneumatiquement jusqu'au comble au moyen d'un tuyau flexible de longueur appropriée. Cette opération permet de répandre le produit tout en rétablissant la masse volumique initiale de la laine nodulée, le stockage de ce type de matériau étant effectué à l'état comprimé, avec un taux de compression très élevé par exemple voisin de 10.

Une telle laine nodulée à souffler peut être obtenue à partir de fibres vierges, directement issues de la machine de fibrage, simplement traitées avec des agents anti-poussières tels que des huiles minérales ou des silicones. L'absence de liant conduit à un produit blanc. Les fibres de verre sont obtenues de façon usuelle par exemple par centrifugation interne au moyen d'un centrifugeur dont la bande périphérique est percée de nombreux orifices par lesquels le verre fondu s'échappe sous l'effet de la force centrifuge pour former des fibres ou filaments dont l'étirage est le plus souvent complété par un étirage gazeux obtenu au moyen d'un courant gazeux, à température et vitesse élevées, longeant la bande périphérique du centrifugeur. Les fibres se déposent sur un tapis et constituent ainsi une bande qui est ensuite réduite en flocons par un broyeur, de préférence du type broyeur à fléaux. Les additifs sont pulvérisés sur les flocons avant que ceux-ci ne soient immédiatement ensachées à l'étant fortement comprimé sous une densité de l'ordre de 100 kg/m3, le produit étant ramené à une densité de l'ordre de 10 kg/m3 pendant son épandage, ce qui permet de retrouver des propriétés thermiques très voisines de celles des fibres vierges avant leur compression pour le stockage.

Ce type de produit a pour principal inconvénient de nécessiter une ligne de production spécifique, spécialement destinée aux produits blancs, non encollés. Or, la quasi totalité des produits à base de laine de verre sont des produits avec un liant de type formo-phénolique polymérisé en étuve. Ces produits sont obtenus dans des conditions très voisines que dans le cas précédent, mais cette fois, un encollage est pulvérisé sur. les fibres avant qu'elles ne soient déposées sur le tapis de réception, puis la bande est immédiatement introduite dans une étuve de conformation et de polymérisation. Les lignes conçues, le passage du produit au travers de l'étuve ne peut être évité, des installations prévues pour de tels produits avec liant ne peuvent donc être utilisées qu'en alternance pour la fabrication de produits "blancs". Les installations de production conviennent donc le plus souvent à la production de bandes continues par exemple du type feutre. De fait, il est bien connu des laines minérales nodulées obtenues par broyage d'un feutre analogue aux feutres commercialisés pour l'isolation des combles accessibles. Le broyage est réalisé avec un broyeur à couteaux associé à une grille. La présence dans le feutre de départ d'un liant formo-phénolique présent en une quantité voisine de 4,5 % de la masse de feutre conduit à une coloration jaune caractéristique, sauf bien sûr si le produit est spécifiquement teinté par des colorants idoines.

A noter que les nodules peuvent éventuellement être fabriqués à partir de déchets de production, le feutre de départ étant lui-même un produit commercial.

Par contre, la qualité de la laine soufflée "colorée" est sensiblement inférieure à celle de la laine soufflée "blanche", ce qui peut intuitivement être rattachée au fait que le passage dans l'étuve de polymérisation et de conformation constitue une source potentielle de dégradation des fibres. Cette différence de qualité s'exprime dans la comparaison du pouvoir couvrant défini comme la surface couverte avec un kilogramme de laine soufflée pour une résistance thermique donnée, ou inversement de la "consom mation" définie comme la masse surfacique associée à une résistance thermique donnée. A noter que ce pouvoir couvrant dépend non seulement de la laine soufflée mais aussi de la machine de soufflage et des conditions de mise en oeuvre comme par exemple la distance au sol et l'inclinaison du tuyau de soufflage débitant la laine soufflée. Mais il n' en reste pas moins que dans des conditions similaires, la laine de verre soufflée obtenue par broyage d'un feutre est plutôt moins performante que la laine soufflée "blanche".

Il a également été proposé dans le brevet d'invention
FR-A-2 591 621 un procédé de formation de flocons qui repousse l'étape de floconnage au moment de la décompression du produit, le stockage et le transport du produit étant effectués sous forme de nappes comprimées. Un tel procédé permet des stockages avec des taux de compression très élevés, l'opération de floconnage elle-même aidant à redonner au produit sa masse volumique initiale. Mais il faut noter qu'un tel procédé de floconnage in-situ ne convient pas à tous les types de chantier et qu'il suppose de plus que la machine de floconnage soit amenée au chantier; ces contraintes reduisent en pratique les cas d'utilisation du brevet FR-A-2 591 621 précité aux applications directes en usines comme par exemple la reconstitution de mats servant de primitifs pour pièces moulées ou le remplissage de caissons servant d'éléments de construction préfabriqués.

Les auteurs de la présente invention se sont fixés pour but un nouveau matériau isolant à souffler constitué de nodules préparés par broyage d'un feutre en laine de verre avec un liant polymérisé en étuve, livrés sous forme comprimée et répandus sur le lieu d'utilisation finale par une machine de soufflage, les performances de ce matériau devant être au moins équivalentes à celle d'un matériau obtenu par broyage d'un feutre en laine de verre sans liant.

Selon l'invention, cet objectif est atteint par un matériau isolant à souffler à base de laine de verre, obtenu par broyage d'un feutre comportant un liant formo-phénolique polymérisé en étuve, selon un taux compris entre 1 et 4,5 % de la masse totale du matériau, dont les fibres de verre ont un micronaire compris entre 2,2 et 3,1 sous 5g et de préférence de l'ordre de 2,5 sous 5g, le poids moyen de ce matériau isolant déposé par mètre carré étant inférieur à 1800 grammes pour une résistance thermique, exprimée à 10 OC, de 3 m2 C/W et inférieur à 2200 grammes pour une résistance thermique, exprimée à 10 OC, de 4 m2 "C/W.

Le matériau isolant selon l'invention est essentiellement remarquable du point de vue de son pouvoir couvrant.

Très généralement, ce pouvoir couvrant est fonction de la nature des fibres d'origine -- et notamment de leur finesse de la nature des nodules - et encore de la machine de soufflage, la valeur de 1800 grammes par mètre carré s'entend dans les conditions de mise en oeuvre les plus couramment pratiquées à ce jour dans le marché français du bâtiment, ctest-à-dire en procédant selon les techniques enseignées par le brevet US-A-3 529 870 et avec un dispositif analogue.

Les fibres utilisées sont des fibres de verre d'un micronaire compris entre 2,2 et 3,1 et de préférence de l'ordre de 2,5 sous 5g. Rappelons que la mesure du micronaire appelée aussi "indice de finesse" rend compte de la surface spécifique grâce à la mesure de la perte de charge aérodynamique lorsqu'une quantité donnée de fibres extraites d'un matelas non ensimé est soumise à une pression donnée d'un gaz - en général de l'air ou de l'azote. Cette mesure est usuelle dans les unités de production de fibres minérales, elle est normalisée (DIN 53941 ou ASTM D 1448) et elle utilise un appareil dit "appareil micronaire", tel qu'une machine SHEFFIELD, type FAM 60 P. Cette machine comporte une arrivée d'air (ou d'azote) sous pression, une vanne de réglage de cette pression, un débitmètre, une chambre cylindrique à axe vertical avec arrivée des gaz en partie inférieure. Les fibres pesées - 5 g plus ou moins 0,01 g) sont pressées au fond de la chambre par un bouchon calibré qui laisse échapper les gaz. Un essai préliminaire permet d'ajuster le débit d'air à une valeur donnée, toujours la même avant de commencer l'essai du tampon de fibres. La mesure du micronaire ou de l'indice de finesse, consiste à relever l'indication du débitmètre normalisé, lorsque la fibre est en place. Pour travailler dans la même gamme de pertes de charge, il est nécessaire d'adapter la quantité de fibres testées en diminuant la masse lorsque le diamètre diminue. Il est donc nécessaire de mentionner celle-ci en même temps que le résultat du débit. A noter que plus les fibres sont fines, plus leur capacité à s'opposer au passage du courant gazeux - et corrélativement leur pouvoir isolant - est plus grande donc plus le micronaire sera petit.

Des fibres de verre d'un micronaire de 2,5 sous 5 grammes peuvent être obtenues notamment en procédant selon les enseignements des brevets EP-A-91 381 et EP-A-91 866.

La quantité de liant doit être comprise entre 1 et 4 % et de préférence entre 2,5 et 3,5. Un taux minimun est en effet nécessaire pour donner une certaine cohésion au feutre destiné à être broyé, cette cohésion étant nécessaire pour enrouler le feutre sur lui-même et le stocker à titre de produit intermédiaire sous forme de rouleaux comprimés. Mais il faut noter que la présence d'un liant améliore sensiblement les performances du produit, et que cette amélioration est de plus en plus sensible au fur et à mesure que croit ce taux de liant ; toutefois, au-delà de 3,5 %, les performances plafonnent.

La masse volumique du feutre initial peut être choisie assez librement dans une gamme allant typiquement de 9 à 15 kg/m3.

De préférence, ce feutre est découpé en bandes, stocké sous la forme de rouleaux comprimés qui sont déroulés lors de l'introduction des bandes dans la machine de broyage.

Les produits selon l'invention sont obtenus en menant le broyage du feutre dans des conditions bien spécifiques avec notamment l'utilisation d'un broyeur à fléaux rotatifs permettant d'obtenir une meilleure structure des flocons qu'un broyeur à couteaux avec grille. La vitesse de rotation du broyeur étant de préférence comprise entre 1500 et 2500 tours par minute pour une vitesse d'introduction du feutre dans le broyeur de l'ordre de 1 tonne par heure.

D'autres détails et caractéristiques avantageuses de l'invention ressortent de la description faite ci-après en référence aux dessins annexés qui représentent
* figure 1 : un schéma d'une installation de broyage propre à la fabrication d'un produit selon l'invention,
* figure 2 : un diagramme montrant l'influence du micronaire sur la conductivité thermique du produit soufflé,
* figure 3 : un diagramme montrant l'influence du taux de liant sur la conductivité thermique du produit soufflé,
* figure 4 : un diagramme comparatif des valeurs des résistances thermiques et des épaisseurs correspondantes en fonction de la masse de produits déposés par mètre carré.

En se reportant à la figure 1, on peut constater que le produit selon l'invention peut être obtenu à partir d'un dispositif de broyage relativement simple. Ce dispositif comporte essentiellement un tapis 1 d'amenée du feutre 2, une unité d'introduction du feutre dans la machine ici constituée d'un rouleau cranté 3 et d'un transporteur supérieur 4. Ce transporteur supérieur, associé au rouleau cranté permet de maintenir la bande de feutre au plus près des fléaux, même pour ce qui est de l'extrémité de la bande qui autrement, ne serait que partiellement broyée. L'installation est donc parfaitement adaptée au traitement de feutres discontinus, stockés primitivement sous forme de rouleaux comprimés. Le broyeur est constitué d'un arbre rotatif 5 porteur de fléaux articulés 6 (et non de simples couteaux), dans le cas ici représenté, 3 rangées de fléaux à 1200, les séries de 3 fléaux étant espacées sur l'arbre d'environ 25 mm. Les fléaux ayant une trajectoire d'un diamètre d'environ 450 mm. L'arbre 5 est entraîné en rotation par l'intermédiaire de la courroie 7 par un moteur 8 à vitesse variable.

Le broyeur est entouré d'un capot 9 et les flocons s'évacuent vers le bas par le conduit 10 pour être conduits par une canalisation 11 vers une installation d'ensachage ici non représentée, une pulvérisation d'huile - de préférence dans un taux voisin de 1 % de la masse de feutre est de préférence effectuée - comme suggéré par la flèche 12 avant de procéder à cet ensachage. Il doit par ailleurs être noté que par rapport aux dispositifs usuellement mis en oeuvre pour la production de flocons à partir d'un feutre contenant un liant, ce dispositif de broyage se différencie non seulement par l'utilisation de fléaux et non de couteaux mais aussi par l'absence de grille ou de tout autre moyen équivalent de calandrage du produit. Il s'agit donc de moyens de broyage particulièrement doux qui conduisent à un produit particulièrement foisonnant et qui garde ce caractère, ou plus exactement le retrouve lors de l'opération de soufflage même après avoir été fortement comprimé, le produit étant par exemple livré à l'utilisation sous une densité de 150 kg/m3. Ces conditions "douces" sont d'autant plus réelles que la vitesse du broyeur est relativement faible. A titre indicatif, un gain en pouvoir couvrant de l'ordre de 8 % est obtenu quand on diminue la vitesse de rotation du broyeur pour passer de 2700 à 2000 tours par minute (avec une vitesse d'introduction du feutre dans le broyeur égale à une tonne par heure pour un feutre de 1300 mm de largeur et d'une épaisseur de l'ordre de 100 mm). A noter que si un feutre moins épais est utilisé, il est avantageux d'augmenter sa vitesse d'introduction et/ou de réduire la vitesse de rotation du broyeur. Si on diminue encore la vitesse du broyeur, notamment si on descend en dessous de.1500 tours par minute, pour une tirée identique, on obtient des nodules irréguliers temoins d'un broyage incomplet.

Les flocons ainsi préparés sont déposés sur un plancher, par exemple un plancher de combles perdus à l'aide d'une machine de soufflage analogue à celle enseignée par le brevet US-A-3 529 870, comme par exemple une machine de la société UNISUL Incorporation, modèle 200, machine utilisée pour les tests relatés ci-après.

Les deux premiers tests ont permis de mettre en évidence l'influence du micronaire des fibres de verre et du taux de liant formophénolique. A noter que ces tests ont été effectués dans des conditions de température différentes, sur des petites quantités de produit et que par conséquent, les valeurs des conductivités thermiques Lambda indiquées ne peuvent être considérées comme caractéristiques du produit.

Par contre, pour un même diagramme, les tests ont bien sûr été effectués dans des conditions identiques ce qui permet de comparer les performances des produits sur un facteur donne.

Les courbes A et B de la figure 2 ont été obtenues avec des produits réalisés à partir de fibres respectivement d'un micronaire de 2,5 et de 2,9 sous 5 g, les produits étant soufflés dans les mêmes conditions et obtenus à partir de feutres d'un taux de liant identique de 3,5 %, d'une même densité de 10 kg/m3 et broyés avec un broyeur à fléaux. Pour une même densité soufflée, la résistance thermique du produit d'un micronaire de 2,5 sous 5 g est bien supérieure.

La figure 3 illustre l'influence du taux de liant. La courbe C correspond à un taux de liant de 3,5 %, la courbe D a un taux de 2,7 %. L'augmentation du taux de liant conduit a une amélioration significative de la résistance thermique.

A noter toutefois que si le taux de liant est encore augmenté pour passer à 4,5 %, on retrouve la courbe D et que l'incidence de cette nouvelle augmentation est donc très faible.

La dernière caractéristique du produit selon l'invention est son pouvoir couvrant associé à une résistance thermique donnée. La figure 4, est un diagramme mettant en relation les résistances thermiques et les épaisseurs de matériau soufflé correspondantes en fonction de la masse de produits déposés par mètre carré. Les courbes E et G correspondent au produit selon l'invention, les courbes F et H à un produit commercialisé par la société ISOVER sous la marque commerciale Isolène, c'est-à-dire un produit obtenu par broyage avec un broyeur à couteaux et grille d'un feutre à base de laine de verre dont les fibres ont un micronaire de 3,2 avec un taux de liant de 4,5 %.

Les mesures ont été effectuées pour ce test dans des conditions fixées par la norme NF X 10-022, pour une résistance thermique de 4 m2 OC/W, on trouve dans le cas du produit selon l'invention une masse déposée de 2,11 kg/m2 sur une épaisseur de 24 cm, alors que dans le cas du produit selon l'art, les valeurs sont respectivement de 2,52 kg/m2 et 18 cm. Le gain en épaisseur est une indication du plus grand caractère foisonnant de la laine soufflée selon l'invention. Le gain en pouvoir couvrant est supérieur à 16 % par rapport au produit connu de l'art. Un gain sensiblement identique est obtenu si on effectue la comparaison non avec un produit de l'art avec liant mais avec un produit blanc obtenu par broyage, avec un broyeur à fléaux du meme type que celui utilisé dans le cadre de l'invention, d'un feutre sous liant à base de laine de verre d'un micronaire de 2,5 sous 5 g.

Plus généralement, la masse volumique du matériau en oeuvre, donc après son épandage par une machine de soufflage, est comprise entre 7 et 10 kg/m3 et plus précisément entre 8 et 9 kg/m3.

A noter que le produit selon l'invention est de préférence produit à partir de feutres spécifiquement destinés à cette production et qui peuvent donc être marqués par un colorant propre à ce produit ce qui permet de l'identifier facilement, même après son soufflage sur le chantier.

Claims (8)

REVENDICATIONS

1. Matériau isolant à souffler à base de laine de verre, obtenu par broyage d'un feutre comportant un liant formophénolique polymérisé en étuve, caractérisé par un taux de liant compris entre 1 et 4,5 % de la masse totale du matériau, les fibres de verre dont le micronaire est compris entre 2,2 et 3,1 et de préférence de l'ordre de 2,5 sous 5 g et un poids moyen de matériau déposé par mètre carré inférieur à 1800 g/m2 pour une résistance thermique, exprimée à 10 OC, de 3 m2 OC/W et inférieur à 2200 g/m2 pour une résistance thermique, exprimée à 10 OC de 4 m2 "C/W.

2. Matériau isolant à souffler selon la revendication 1, caractérisé par un taux de liant compris entre 2,5 et 3,5%.

3. Matériau isolant à souffler selon une des revendications précédentes, caractérisé par une masse volumique du matériau en oeuvre comprise entre 7 et 10 kg/m3 - et de préférence entre 8 et 9 kg/m3.

4. Matériau isolant à souffler selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la masse volumique du feutre avant broyage est comprise entre 9 et 15 kg/m3.

5. Matériau isolant à souffler selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le broyage est effectué au moyen d'un broyeur à fléaux rotatifs.

6. Matériau isQlant à souffler selon la revendication 5, caractérisé en ce que la vitesse de rotation du broyeur est comprise entre 1500 et 2500 tours par minute, pour une vitesse d'introduction du feutre dans le broyeur de 1 tonne par heure.

7. Matériau isolant à souffler selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est obtenu par broyage d'un feutre découpé en bandes, stocké sous la forme de rouleaux comprimés et déroulé lors de son introduction dans la machine de broyage.

8. Matériau isolant selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dispositif d'introduction des bandes dans la machine de broyage comporte un rouleau cranté associé à un transporteur supérieur.