WO2024194552A1 - Matelas de fibres végétales à base de fibres de bois - Google Patents

Matelas de fibres végétales à base de fibres de bois Download PDF

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Quentin RIAMON
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Saint Gobain Isover SA France
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    • E04B1/74—Heat, sound or noise insulation, absorption, or reflection; Other building methods affording favourable thermal or acoustical conditions, e.g. accumulating of heat within walls
    • E04B2001/742—Use of special materials; Materials having special structures or shape
    • E04B2001/745—Vegetal products, e.g. plant stems, barks

Definitions

  • the present invention relates to the field of construction materials, and more particularly to construction materials intended to provide thermal and/or acoustic insulation.
  • Building materials account for a significant share of energy consumption and greenhouse gas emissions.
  • the materials intended for insulation that consume the most energy are mineral wools.
  • Manufacturers of building materials intended for insulation are seeking to reduce the ecological impact of insulation materials.
  • Insulating mattresses made of plant fibers containing wood fibers are known.
  • the forests from which it is possible to harvest wood for the production of these insulating mattresses have the advantage of being distributed throughout the territory, so that this makes it possible to install the defibering and insulating mattress production plants as close as possible to the forests in order to be part of a circular economy context.
  • thermal binding fibers which ensure that the fibers hold together in relation to each other once all of these fibers have passed through an oven, but the use of these thermal binding fibers, comprising plastic materials, must be controlled to ensure that the panels of insulating materials produced are the most bio-sourced products possible.
  • the present invention takes into account these notions of circular economy and bio-sourced products, aiming to propose in this dual context an insulating product which has low thermal conductivity values.
  • the present invention relates to a mattress of plant fibers characterized in that it comprises wood fibers from woody plants and joined together by means of thermobinding fibers, the thermobinding fibers having a decitex less than or equal to 1.7 dtex.
  • the wood fibers of the plant fiber mattress according to the invention can be obtained using different woody plants such as, for example, Douglas fir, beech, poplar, willow or even spruce.
  • the wood fibers are bonded to each other by means of thermally bonding fibers.
  • These thermally bonding fibers have a rigid core and a more flexible sheath.
  • the core and the sheath have distinct melting temperatures. More precisely, the core has a melting temperature higher than the melting temperature of the sheath.
  • the mixture of thermally bonding fibers and plant fibers is intended to be heated in an oven to a temperature such that the sheath melts and binds with the adjacent plant fibers in contact with the sheath while the structure of the core is not altered.
  • thermobinding fibers ensure on the one hand the joining of the plant fibers with each other by means of the sheath, and on the other hand a mechanical role by offering mechanical resistance to the plant fiber mat by means of the rigid core.
  • thermobinding fibers are mixed with the plant fibers in a percentage sufficient to obtain suitable adhesion of the plant fibers with each other but sufficiently low so as not to limit the insulating properties of the plant fiber mat.
  • the decitex of the thermobinding fibers is a known parameter that defines the fineness of said thermobinding fibers. It should be noted that this parameter defines the fineness of the thermobinding fibers before they are placed in an oven and partially melted. The decitex of the thermobinding fibers must thus be measured prior to mixing the plant fibers and the thermobinding fibers, or at least prior to placing the mixture in an oven.
  • the inventors have demonstrated that, in a context where it is sought to use a maximum of biosourced elements, the thermal binding fibers with a low decitex make it possible to reduce the mass of thermal binding fibers relative to the mass of the plant fiber mattress, without limiting the strength of the plant fibers relative to each other thanks to these thermal binding fibers and therefore ensuring that thermal bridges are not created between the plant fibers and do not degrade the thermal insulation properties.
  • thermobinding fibers having a low decitex are finer, for the same fiber length, than thermobinding fibers having a higher decitex.
  • thermobinding fibers mixed with wood fibers are able to insert themselves better between wood fibers. neighbors and therefore to be better distributed over the entire volume of the plant fiber mattress.
  • the inventors were able to determine by appropriate tests that the mixture of wood fibers from woody plants and thermal binding fibers with a lower decitex than usual, and in particular less than 1.7, allows the production of a mattress with a high content of bio-sourced products and particularly suitable for the insulation of buildings, and in particular for the interior insulation of these buildings.
  • the mattress of plant fibers in accordance with the invention has a thermal conductivity of less than 37 mW/m/K at 10°C.
  • the thermal binding fibers have a decitex less than or equal to 1.5 dtex. From this value, the processes to be implemented to obtain such fine thermal binding fibers are complex, but the inventors have been able to note that the thermal conductivity of an insulating material using such fine thermal binding fibers is reduced and can tend towards thermal conductivity values less than or equal to 37 mW/m/K at 10°C.
  • the wood fibers come from resinous woody plants.
  • the wood fibers can come from Douglas fir or spruce.
  • the plant fiber mattress comprises at least 50% wood fibers from woody plants.
  • the plant fiber mat comprises adjuvant fibers from agriculture.
  • These adjuvant fibers may comprise a significantly lower lignin content than the lignin content of the wood fibers, in particular to give additional flexibility to the plant fiber mat consisting of the wood fibers and the adjuvant fibers.
  • these adjuvant fibers may consist of hemp or flax fibers.
  • the plant fiber mattress comprises at least 80% wood fibers and at most 20% adjuvant fibers.
  • the plant fiber mat comprises at most 10% of thermal binding fibers. It is understood that here and in the following, the percentage of thermal binding fibers is a mass percentage, that is to say representative of the mass of the thermal binding fibers relative to the mass of the plant fiber mat considered.
  • the plant fiber mattress comprises between 2% and 5% of thermal binding fibers.
  • the plant fiber mattress comprises at least 95% fibers and at most 5% additives.
  • the additives comprise at least additives characterized by their flame retardant properties.
  • the fibers comprise both wood fibers and thermobinding fibers.
  • at least 95% of the fibers are wood fibers.
  • the plant fiber mattress comprises approximately 92% wood fibers, approximately 4% thermobinding fibers and 4% additives.
  • the plant fiber mattress comprises approximately 93% wood fibers, approximately 4% thermobinding fibers and 3% additives.
  • the wood fibers from woody plants have a cellulose content of between 30 and 60 kg.100 kg 1 of dry matter and a lignin content of between 18 and 30 kg.100 kg 1 of dry matter.
  • the lignin and cellulose content of these wood fibers is measured from dry matter.
  • the dry matter considered here is obtained by drying in a ventilated oven products from woody plants, for example wood residues, from which the plant fibers are obtained. In this ventilated oven, the products from woody plants are heated to approximately 105°C until a constant mass is obtained in the oven. This constant mass is commonly called the reference mass and the levels of cellulose, lignin and other components are expressed from this reference mass.
  • the oven referred to here is a separate oven from the oven for heating the mixture of thermobinding fibers and wood fibers within the mattress.
  • the inventors were able to observe through appropriate tests that wood fibers which have lignin contents and cellulose contents as mentioned are particularly suitable for their use within plant fiber mattresses for insulation products.
  • the plant fiber mattress according to the invention can be obtained using different woody plants such as, for example, Douglas fir, beech, poplar, willow or spruce.
  • the wood fibers from woody plants have a cellulose content of between 41.2 and 56.4 kg. 100 kg 1 of dry matter and a lignin content of between 23.7 and 28.1 kg. 100 kg' 1 of dry matter.
  • the inventors were able to demonstrate that the plant fibers originating more particularly from Douglas fir wood had characteristics, in terms of structure, which were more interesting for obtaining a plant fiber mattress in accordance with the invention whose thermal conductivity is low.
  • the plant fiber mattress is formed from a mixture of wood fibers with at least two types of wood fibers from different woody plants, provided that at least 50% of the fibers present In the plant fiber mattress are wood fibers from woody plants.
  • At least 70% of the wood fibers have a diameter less than or equal to 100 pm.
  • At least 60% of the wood fibers have a diameter of less than 70(im.
  • At least 45% of the wood fibers have a diameter of less than 50 (im.
  • the aim is to reduce the quantity of wood fibres whose diameter is considered too large.
  • the aim is thus to avoid as much as possible the presence, in the plant fibre mattress, of wood fibres whose excessively large diameter penalises the overall insulation performance of the mattress.
  • What is sought here is a distribution of wood fibers whose diameter is centered around a target value, with few wood fibers that have a diameter below a low threshold, here 30 ⁇ m, to prevent part of the wood fiber from being in powder form, in particular due to a production process where excessive cooking and too much pressure from fiberizing disks are applied, and at the same time with few wood fibers which have a diameter greater than a high threshold, here 70pm, for the reasons previously mentioned.
  • the inventors were able to observe that the thermal conductivity value of a plant fiber mattress according to the invention was all the lower, and therefore of interest in an application to building insulation, when the grain size of the wood fibers present in the mattress complied with certain values.
  • the desired thermal conductivity values at least less than 0.037 W/m/K, it is sought to have at least 60% of the wood fibers having a diameter less than or equal to 70 microns.
  • the large quantity of fine wood fibers resulting from this grain size allows good thermal conductivity of the finished product, in particular due to the average fineness of the wood fiber and due to the homogeneity of fineness between the wood fibers and the thermally bonding fibers.
  • thermal binding fibres i.e. thermal binding fibres with a low decitex
  • wood fibres Having a homogeneity between the fineness of the thermal binding fibres, i.e. thermal binding fibres with a low decitex, and the fineness of the wood fibres allows a good mixture of all the fibres, it being understood that a non-homogeneous distribution favours local clusters of thermal binding fibres which implies an absence of these thermal binding fibres in other areas of the mattress and therefore wood fibres likely to be in contact with each other and to create a thermal bridge which is bad for the thermal conductivity value of the finished product.
  • the particle size as claimed both the fact that at least a given percentage of wood fibers has a diameter less than a threshold value and the fact that at least 60% of the wood fibers have a diameter between 30 ⁇ m and 70 ⁇ m, can in particular be ensured by appropriate parameterization of the cooking of the fibers and appropriate parameterization of the pressure of the fiberizing disks used after cooking to give them the appropriate shape.
  • the characteristic of the diameter of the wood fibers is particularly considered but that it is possible that these characteristics are combined with other characteristics relating to the dimension of the wood fibers, such as their length.
  • At least 85% of the wood fibers have a length less than or equal to 5000 pm.
  • At least 40% of the wood fibers have a length of less than 2000 pm.
  • the plant fiber mattress has a thickness greater than 20 mm.
  • the plant fiber mattress has a thickness of at least 40 mm.
  • the thickness of the plant fiber mattress which is to be considered here is the nominal thickness of the mattress, that is to say the thickness which can be observed by the user when using the product for the purposes of insulating a building in particular.
  • the plant fiber mat according to the invention is obtained by passing through an oven, configured at a determined cooking temperature, a mat of plant fibers, previously constituted, if necessary on a conveyor device directing the mat of plant fibers towards the oven, by a mixture of wood fibers entangled with each other, and binding elements intended to bind the wood fibers together during passage through the oven.
  • the plant fiber mattress has a volume density of between 20kg.m' 3 and 80kg.m' 3 . More particularly, the plant fiber mattress has a volume density of between 40kg.m' 3 and 60kg.m' 3 .
  • the thermal bonding fibers have a length less than or equal to 6 mm.
  • the thermal binding fibers comprise at least polyethylene.
  • the plant fiber mattress has a thermal conductivity less than or equal to 37 mW/m/K at 10°C.
  • the plant fiber mattress has a thermal conductivity less than or equal to 37 mW/m/K at 10°C.
  • FIG.l schematically represents a general view of a mattress of plant fibers in accordance with the present invention
  • FIG.2 represents a table illustrating a distribution of wood fibers, in the mattress of plant fibers according to their length
  • FIG.3 represents a table illustrating the distribution of wood fibers in the mattress of plant fibers according to their diameter; [0053] [Fig.4] represents a local view of the wood fibers and the thermobinding fibers present within the plant fiber mattress represented by figure 1.
  • Figure 1 shows a plant fiber mat 1 according to the present invention.
  • the plant fiber mat 1 is formed from a plurality of plant fibers entangled with each other and from thermally bonding fibers allowing the plant fibers to be held in the final product.
  • these plant fibers are wood fibers 2 from woody plants, for example produced by forestry.
  • the wood fibers 2 used for the manufacture of the plant fiber mattress 1 are obtained after passing through a defibering unit.
  • these wood fibers can be obtained from residues from the forestry industry or from untreated wood waste.
  • This wood can come from broadleaf woody plants, for example, poplar (populus sp.), beech (fagus sylvatica L.), or willow (salix sp.), or resinous woody plants such as Douglas fir (pseudo tsuga sp.) or spruce (picea sp.).
  • poplar populus sp.
  • beech fagus sylvatica L.
  • willow salix sp.
  • resinous woody plants such as Douglas fir (pseudo tsuga sp.) or spruce (picea sp.).
  • wood fibers from resinous woody plants, and more particularly from Douglas fir wood offcuts.
  • Douglas fir like other woods of interest such as spruce or beech, has a cellulose content of between 30 and 60 kg per 100 kg of dry matter, commonly written "kg.100kg' 1 MS", and a lignin content of between 18 and 30 kg.100kg' 1 MS.
  • the inventors were able, by means of suitable tests, to note that the wood fibers from these ligneous plants of interest have a structure making it possible to obtain, in combination with the presence of thermobinding fibers, and more particularly thermobinding fibers of a given thickness, plant fiber mattresses 1 whose insulating properties are optimal.
  • woods which have structural characteristics close to Douglas fir were ideal for providing wood fibers capable of forming a plant fiber mat 1 whose insulating properties are optimal. These woods have a cellulose content of between 41.2 and 56.4 kg. 100kg' 1 MS and a lignin content of between 23.7 and 28.1 kg. 100kg 1 MS.
  • the plant fiber mat 1 is, according to the invention, formed of at least 50% wood fibers 2 from woody plants as previously mentioned.
  • the plant fiber mat 1 may comprise adjuvant fibers, not shown here.
  • These adjuvant fibers may be fibers from agriculture such as hemp fibers (Cannabis sativa L.), kenaf fibers (Hibiscus cannabinus L.) or flax fibers (Linum usitatissimum).
  • These adjuvant fibers have in particular the characteristic of having a greater length and a lower lignin content than the fibers plant fibers 2 from forestry in accordance with the present invention.
  • This lower lignin content of the adjuvant fibers compared to the plant fibers makes it possible to provide the plant fiber mattress 1 with greater flexibility compared to a plant fiber mattress without adjuvant fibers.
  • the plant fiber mattress 1 comprises 80% Douglas wood fibers and 20% hemp fibers.
  • the fiberizing unit is a device for forming wood fibers 2 from wood residues obtained, for example in the form of untreated wood scraps in sawmills. As illustrated in FIGS. 2 and 3, the fiberizing unit is advantageously configured to obtain wood fibers whose median diameter is approximately 55 ⁇ m and the median length of the wood fibers is approximately 2500 ⁇ m.
  • Figures 2 and 3 illustrate the distribution of wood fibers from Douglas fir within a plant fiber mat 1 in accordance with the invention, for a sample of given dimensions, and for which it has been proven that it provides thermal conductivity of less than 37 mW/m/K.
  • Figure 2 illustrates the cumulative distribution DC of wood fibers as a function of their length LF.
  • Each cumulative distribution value DC illustrates the percentage of wood fibers, within a given sample, that have a length less than a given dimension.
  • FIG. 2 illustrates, in a first box C1, that 5.5% of the wood fibers present in a given sample of a plant fiber mat according to the invention have a length LF less than or equal to 200 pm.
  • a second box C2 it can be seen that 22% of the wood fibers present in this same given sample of a plant fiber mat according to the invention have a length LF less than or equal to 1000 pm.
  • the tests that could be carried out by the inventors on this sample show, by studying the values of the cumulative distribution DC, that at least 44% of the wood fibers forming a mat of plant fibers 1 in accordance with the invention have a length of at most 2000 pm.
  • 85.5% of the wood fibers have a length LF of at most 5000 pm.
  • a plant fibre mat in accordance with the invention can comprise at least 60% of wood fibres whose length is less than or equal to 3000 ⁇ m.
  • Figure 2 also makes it possible to highlight ranges of values of wood fiber dimensions, here their length, the most represented within the plant fiber mattress 1. More specifically, the increase in the cumulative distribution DC between a given first length of wood fibres LF, for example ⁇ 2000 pm, a given second length of wood fibres LF, for example ⁇ 3500 pm, and a given third length of wood fibres LF, for example ⁇ 5000 pm, makes it possible to highlight the fact that there are more wood fibres, here Douglas fir, which have a length between 2000 pm and 3500 pm, knowing that they represent approximately 24% of the total mass of plant fibres present in the mattress, than Douglas fir fibres which have a length between 3500 pm and 5000 pm, knowing that they represent approximately 17.5% of the total mass of plant fibres present in the mattress.
  • Douglas fir which have a length between 2000 pm and 3500 pm, knowing that they represent approximately 24% of the total mass of plant fibres present in the mattress
  • Douglas fir fibres which have a length between 3500 pm and 5000 pm, knowing that they
  • Figure 3 reports the same test as that highlighted in Figure 2, this time taking into account the diameter of the wood fibers DF.
  • Each cumulative distribution value DC illustrates the percentage of wood fibers, within a given sample, that have a diameter less than a given dimension.
  • the values combined in FIG. 3 successively illustrate that 2.5% of the wood fibers present in a given sample of a plant fiber mat according to the invention have a diameter DF less than or equal to 30 ⁇ m, that 22.5% of the wood fibers present in this sample have a diameter DF less than or equal to 40 ⁇ m, that 47.5% of the fibers present in a given sample of a plant fiber mat according to the invention have a diameter DF less than or equal to 50 ⁇ m, that 64.5% of the wood fibers present in this sample have a diameter DF less than or equal to 70 ⁇ m, and that 73.5% of the wood fibers present in this sample have a diameter DF less than or equal to 100 ⁇ m.
  • the tests which were able to be carried out by the inventors on this sample show, by studying the values of the cumulative distribution DC, that at least 73.5% of the wood fibers 2, here Douglas wood fibers, have a diameter less than or equal to 100 ⁇ m and at least 64.5% of these wood fibers 2 have a diameter DF less than or equal to 70 ⁇ m.
  • a wood fibre mat in accordance with the invention can comprise at least 60% of fibres whose diameter DF is less than or equal to 70 ⁇ m and at least 50% of fibres whose diameter DF is between 50 ⁇ m and 55 ⁇ m.
  • the wood fiber mat 1 is formed from an interweaving of plant fibers, and more particularly wood fibers. These wood fibers 2 are, as visible in FIG. 4, secured to each other by means of dry binding elements. These binding elements are more particularly formed by thermal binding fibers 3.
  • the plant fiber mattress 1 is obtained by means of a manufacturing installation in which the wood fibers 2 are mixed with the thermobinding fibers 3 so as to obtain a thermobinding fiber content which is less than 10%, preferably between 2% and 5%.
  • the mixture of wood fibers 2 and thermobinding fibers 3, obtained according to the contents just mentioned, is blown into a manufacturing facility and then sucked against a conveyor in order to form a carpet of wood fibers. This carpet of wood fibers is then heated in an oven to form the plant fiber mat 1.
  • the plant fiber mat can be cut into insulating panels of different sizes or rolled up and compressed for storage.
  • the thermobonding fibers 3 are formed of a core 31 and a sheath 32.
  • the core 31 forms a rigid part of the thermobonding fibers 3 participating in providing the straw fiber mat 1 with mechanical resistance, while the sheath 32 ensures the joining of the plant fibers 2 with each other.
  • the core 31 and the sheath 32 have different melting temperatures, and more precisely the sheath 32 has a lower melting temperature than the core 31.
  • the temperature within the oven is such that the sheath 32 melts to bathe the adjacent wood fibers, the assembly solidifying as it cools at the outlet of the oven so as to secure these wood fibers to each other.
  • the melting temperature of the core 31 is designed so that, despite the passage through the oven of a wood fiber mat consisting of the mixture of wood fibers and binder, the core 31 retains its rigid property helping to ensure mechanical strength to the plant fiber mattress 1 after the oven.
  • the wood fibers 2 and the thermobonding fibers 3 are heated so that the wood fibers 2 become solid with each other. At least the passage in the oven, and if necessary a subsequent compression and a cutting before conditioning, transforms the carpet of wood fibers into a mattress of plant fibers in accordance with the invention.
  • the plant fiber mat has a thickness of at least 20 mm and preferably greater than 40 mm. This thickness is considered after the passage of the wood fiber mat in the oven.
  • the sheath 32 of the thermally bonding fibers 3 is formed of polyethylene and the core 31 is also formed of polyethylene.
  • the core 31 of the thermally bonding fibers can be formed of a polyester, and more precisely of polyethylene terephthalate.
  • Polyethylene has the advantage of easily bonding to plant fibers, which makes it a good candidate for forming the sheath 32 of the thermally bonding fibers.
  • the plant fiber mattress 1 being able to be obtained by a manufacturing installation different, for example a manufacturing installation in which the wood fibres 2 and the binding elements are mechanically deposited on a conveyor and then directed towards an oven so as to form the mat of plant fibres 1.
  • thermobinding fibers 3 the content of the plant fiber mattress 1 in thermobinding fibers 3 and the structure of said thermobinding fibers 3 remain identical.
  • thermobonding fibers are characterized in particular by their fineness. This fineness is expressed in decitex, commonly defined by the mass in grams of ten thousand meters of this thermobonding fiber 3. According to the invention, the thermobonding fibers 3 have a fineness less than or equal to 1.7dtex, preferably less than or equal to 1.5dtex. Such fineness of the thermobonding fibers 3 allows a better distribution of these thermobonding fibers within the mattress, between the wood fibers, which is more effective for gluing and fixing the position of the wood fibers relative to each other.
  • the thermal binding fibers 3 have a length, taking into account manufacturing tolerances, of approximately 6 mm, which can allow, in addition to the previously mentioned fineness, a better distribution of the thermal binding fibers within the plant fiber mat 1. It should be noted that this length of the thermal binding fibers can more particularly be less than or equal to 6 mm.
  • thermobonding fibers is particularly interesting here insofar as it is complementary to the fineness of the wood fibers, evoked by the fact that at least 60% of the plant fibers have a diameter of less than 70 microns, which makes it possible to obtain a good mixture of the two types of fibers. present in the mattress and a homogeneous distribution of the thermal binding fibres between the wood fibres, which allows good fixation of the wood fibres and the regular formation of air pockets allowing the thermal conductivity value to be reduced to the desired values for application to building insulation.
  • the various elements presented to participate in the formation of the plant fiber mattress 1 make it possible to obtain such a mattress whose volume density is between 20 kg.m' 3 and 80 kg.m' 3 and with, as mentioned above, a thickness of at least 20 mm.
  • Such a plant fiber mattress has a thermal conductivity less than or equal to 37 mW/m/K at 10°C, making it possible to provide optimal insulation properties to a construction material.
  • the invention as just described achieves the goal it set for itself by proposing a mattress of plant fibers whose thermal insulation performance is optimized by means of a composition and a distribution of dimensions of the particular plant fibers, namely wood fibers and for example products from forestry, within the mattress of plant fibers.

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Abstract

La présente invention concerne un matelas de fibres végétales (1) caractérisé en ce qu'il comporte des fibres de bois (2) issues de plantes ligneuses et solidarisées les unes avec les autres au moyen de fibres thermoliantes, les fibres thermoliantes présentant un décitex inférieur ou égal à 1,7 dtex.

Description

DESCRIPTION
Titre de l’invention : Matelas de fibres végétales à base de fibres de bois.
[0001] La présente invention concerne le domaine des matériaux de construction, et plus particulièrement de matériaux de construction destinés à assurer l’isolation thermique et/ou acoustique.
[0002] Les matériaux de construction représentent une part importante de la consommation d’énergie et des émissions de gaz à effet de serre. Parmi ces matériaux de construction, les matériaux destinés à l’isolation qui consomment le plus d’énergie sont les laines minérales. Les fabricants de matériaux de construction destinés à l’isolation cherchent à réduire l’impact écologique des matériaux d’isolation.
[0003] On connaît notamment des matelas isolants formés de fibres végétales comportant des fibres de bois. Les forêts dans lesquelles il est possible de prélever du bois pour la réalisation de ces matelas isolants présentent l’avantage d’être réparties sur l’ensemble du territoire, de sorte que cela permet d’installer les usines de défibrage et de réalisation des matelas isolants au plus proche des forêts pour s’inscrire dans un contexte d’économie circulaire.
[0004] Par ailleurs, il est connu de lier ces fibres végétales par des fibres thermoliantes, qui assurent une tenue des fibres les unes par rapport aux autres une fois l’ensemble de ces fibres passé dans une étuve, mais l’utilisation de ces fibres thermoliantes, comportant des matériaux plastiques, doit être contrôlée pour faire en sorte que les panneaux de matériaux isolants produits soient des produits les plus biosourcés possibles.
[0005] La présente invention tient compte de ces notions d’économie circulaire et de produits biosourcé, en visant à proposer dans ce double contexte un produit isolant qui présente de faibles valeurs de conductivité thermique. [0006] La présente invention porte sur un matelas de fibres végétales caractérisé en ce qu’il comporte des fibres de bois issues de plantes ligneuses et solidarisées les unes avec les autres au moyen de fibres thermoliantes, les fibres thermoliantes présentant un décitex inférieur ou égal à 1,7 dtex.
[0007] Au moins une partie des fibres végétales présentes dans le matelas selon l’invention, c’est-à-dire un matelas destiné à la réalisation de panneaux isolants, et notamment de panneaux semi-rigides destinés à l’isolation intérieur des bâtiments, est formée par un ensemble de fibres de bois issues de plantes ligneuses. À contrario d’une plante herbacée, une plante ligneuse est une plante qui contient un fort taux de lignines, macromolécules organiques donnant à la plante sa solidité. Les fibres de bois issues du bois de telles plantes ligneuses peuvent notamment être l’objet de la sylviculture.
[0008] Tel qu’évoqué précédemment, le bois est une ressource largement disponible et mobilisable du fait de sa production à l’échelle de l’ensemble du territoire métropolitain français mais également européen. Il en résulte que la réalisation de panneaux isolants utilisant des fibres de bois issues de plantes ligneuses s’inscrit complètement dans une démarche d’économie circulaire puisqu’il est possible d’implanter des usines de défibrage et de fabrication de panneaux isolants dans des zones éparses du territoire et d’être au plus près des potentiels acheteurs.
[0009] Les fibres de bois du matelas de fibres végétales selon l’invention peuvent être obtenues au moyen de différentes plantes ligneuses telles que, par exemple, le douglas, le hêtre, le peuplier, le saule ou encore l’épicéa.
[0010] Les fibres de bois sont solidarisées les unes aux autres au moyen de fibres thermoliantes. Ces fibres thermoliantes présentent un coeur rigide et une gaine, plus souple. Le coeur et la gaine présentent des températures de fusion distinctes. Plus précisément le coeur présente une température de fusion supérieure à la température de fusion de la gaine. Le mélange de fibres thermoliantes et de fibres végétales est destiné à être chauffé en étuve à une température telle que la gaine fond et se lie avec les fibres végétales adjacentes au contact de la gaine tandis que la structure du coeur n’est pas altérée. On comprend que les fibres thermoliantes assurent d’une part la solidarisation des fibres végétales les unes avec les autres au moyen de la gaine, et d’autre part un rôle mécanique en offrant une résistance mécanique au matelas de fibres végétales au moyen du coeur, rigide. Ces fibres thermoliantes sont mélangées avec les fibres végétales dans un pourcentage suffisant pour obtenir une adhérence convenable des fibres végétales les unes avec les autres mais suffisamment faible pour ne pas limiter les propriétés isolantes du matelas de fibres végétales.
[0011] Le décitex des fibres thermoliantes est un paramètre connu qui définit la finesse desdites fibres thermoliantes. Il convient de noter que ce paramètre définit la finesse des fibres thermoliantes avant que celles-ci soient passées en étuve et qu’elles soient partiellement fondues. Le décitex des fibres thermoliantes est ainsi à mesurer préalablement au mélange des fibres végétales et des fibres thermoliantes, ou à tout le moins préalablement au passage en étuve du mélange.
[0012] Plus précisément, les inventeurs ont mis en évidence que, dans un contexte où il est recherché d’utiliser un maximum d’éléments biosourcés, les fibres thermoliantes avec un décitex faible permet de réduire la masse de fibres thermoliantes par rapport à la masse du matelas de fibres végétales, sans limiter pour autant la tenue des fibres végétales les unes par rapport aux autres grâce à ces fibres thermoliantes et donc en s’assurant que des ponts thermiques ne sont pas créés entre les fibres végétales et ne dégradent pas les propriétés d’isolation thermique.
[0013] Cette diminution de la masse de fibres thermoliantes est possible par une meilleure homogénéisation du mélange de fibres végétales et de fibres thermoliantes. En effet, les fibres thermoliantes présentant un décitex faible sont plus fines, pour une même longueur de fibres, que les fibres thermoliantes présentant un décitex plus élevé. Il en résulte que les fibres thermoliantes mélangées avec les fibres de bois arrivent à mieux s’insérer entre des fibres de bois voisines et donc à mieux se répartir sur tout le volume du matelas de fibres végétales. Pour des mêmes performances thermiques, il est dans ce contexte possible de diminuer le pourcentage de fibres thermoliantes nécessaires et d’améliorer le taux de composants biosourcés au sein du produit fini.
[001 ] Les inventeurs ont pu déterminer par des tests appropriés que le mélange de fibres de bois issus de plantes ligneuses et de fibres thermoliantes avec un décitex plus bas qu’à l’accoutumé, et notamment inférieur à 1,7, permet la réalisation d’un matelas à haute teneur de produits biosourcés et particulièrement adapté à l’isolation de bâtiments, et notamment à l’isolation intérieure de ces bâtiments. Notamment, le matelas de fibres végétales conforme à l’invention présente une conductivité thermique inférieure à 37 mW/m/K à 10°C.
[0015] Selon une caractéristique de l’invention, les fibres thermoliantes présentent un décitex inférieur ou égal à 1,5 dtex. À partir de cette valeur, les procédés à mettre en oeuvre pour obtenir des fibres thermoliantes aussi fines sont complexes, mais les inventeurs ont pu noter que la conductivité thermique d’un matériau isolant utilisant des fibres thermoliantes aussi fines est réduite et peut tendre vers des valeurs de conductivité thermique inférieures ou égales à 37 mW/m/K à 10°C.
[0016] Selon une caractéristique de l’invention, les fibres de bois sont issues de plantes ligneuses résineuses. Notamment, les fibres de bois peuvent être issues de douglas ou d’épicéa.
[0017] Selon une caractéristique de l’invention, le matelas de fibres végétales comprend au moins 50% de fibres de bois issues de plantes ligneuses.
[0018] Selon une caractéristique de l’invention, le matelas de fibres végétales comprend des fibres adjuvantes issues de l’agriculture. Ces fibres adjuvantes peuvent comporter un taux de lignine signifîcativement plus bas que le taux de lignine des fibres de bois, notamment pour donner une souplesse supplémentaire au matelas de fibres végétales constitué par les fibres de bois et les fibres adjuvantes. À titre d’exemples, ces fibres adjuvantes peuvent consister en des fibres de chanvre ou de lin.
[0019] Selon une caractéristique de l’invention, le matelas de fibres végétales comprend au moins 80% de fibres de bois et au plus 20% de fibres adjuvantes.
[0020] Selon une caractéristique de l’invention, le matelas de fibres végétales comprend au plus 10% de fibres thermoliantes. On comprend qu’ici et dans ce qui suit, le pourcentage de fibres thermoliantes est un pourcentage massique, c’est-à-dire représentatif de la masse des fibres thermoliantes par rapport à la masse du matelas de fibres végétales considéré.
[0021] Selon une caractéristique de l’invention, le matelas de fibres végétales comprend entre 2% et 5% de fibres thermoliantes.
[0022] Selon une caractéristique de l’invention, le matelas de fibres végétales comprend au moins 95% de fibres et au plus 5% d'additifs. Les additifs comportent au moins des additifs caractérisés par leur propriétés ignifuges. Les fibres comportent à la fois les fibres de bois et les fibres thermoliantes. Selon une caractéristique de l’invention, dans ce ratio d’au moins 95% de fibres, au moins 95% des fibres sont des fibres de bois. A titre d’exemple, pour un matelas de fibres végétales comportant 4% d’additifs et donc 96% de fibres, le matelas de fibres végétales comporte environ 92% de fibres de bois, environ 4% de fibres thermoliantes et 4% d’additifs. Selon un autre exemple non limitatif de cette caractéristique, pour un matelas de fibres végétales comportant 3% d’additifs et donc 97% de fibres, le matelas de fibres végétales comporte environ 93% de fibres de bois, environ 4% de fibres thermoliantes et 3% d’additifs.
[0023] Selon une caractéristique de l’invention, les fibres de bois issues de plantes ligneuses présentent une teneur en cellulose comprise entre 30 et 60kg. 100kg 1 de matière sèche et une teneur en lignine comprise entre 18 et 30kg.100kg 1 de matière sèche. [0024] La teneur en lignine et en cellulose de ces fibres de bois est mesurée à partir de matière sèche. La matière sèche qui est ici considérée est obtenue en faisant sécher dans une étuve ventilée des produits issus de plantes ligneuses, par exemple des résidus de bois, à partir desquelles sont obtenues les fibres végétales. Dans cette étuve ventilée, les produits issus de plantes ligneuses sont chauffés à environ 105°C jusqu’à l’obtention d’une masse constante dans l’étuve. Cette masse constante est communément appelée masse de référence et les taux de cellulose, lignine et d’autres composants sont exprimés à partir de cette masse de référence. Il convient de noter que l’étuve dont il est question ici est une étuve distincte de l’étuve permettant de chauffer le mélange de fibres thermoliantes et de fibres de bois au sein du matelas.
[0025] Les inventeurs ont pu constater par le biais de tests appropriés que des fibres de bois qui présentent des teneurs en lignine et des teneurs en cellulose telles qu’évoquées sont particulièrement adaptés à leur utilisation au sein de matelas de fibres végétales pour des produits d’isolation. Tel qu’évoqué précédemment, le matelas de fibres végétales selon l’invention peut être obtenu au moyen de différentes plantes ligneuses telles que, par exemple, le douglas, le hêtre, le peuplier, le saule ou encore l’épicéa.
[0026] Selon une caractéristique de l’invention, les fibres de bois issues de plantes ligneuses ont une teneur en cellulose comprise entre 41,2 et 56,4kg. 100kg 1 de matière sèche et en lignine comprise entre 23,7 et 28, 1kg. 100kg'1 de matière sèche. Les inventeurs ont pu mettre en évidence que les fibres végétales provenant plus particulièrement de bois douglas présentaient des caractéristiques, en termes de structure, plus intéressantes pour obtenir un matelas de fibres végétales conforme à l’invention dont la conductivité thermique est basse.
[0027] Selon une caractéristique de l’invention, le matelas de fibres végétales est formé d’un mélange de fibres de bois avec au moins deux types de fibres de bois issues de plantes ligneuses différentes, dès lors qu’au moins 50% des fibres présentes dans le matelas de fibres végétales sont des fibres de bois issues de plantes ligneuses.
[0028] Selon une caractéristique de l’invention, au moins 70% des fibres de bois présentent un diamètre inférieur ou égal à lOOpm.
[0029] Selon une caractéristique de l’invention, au moins 60% des fibres de bois présentent un diamètre inférieur à 70(im.
[0030] Selon une caractéristique de l’invention, au moins 45% des fibres de bois présentent un diamètre inférieur à 50(im.
[0031] Dans chacune de ces trois caractéristiques, on vise à diminuer la quantité de fibres de bois dont le diamètre est jugé trop important. On cherche ainsi à éviter au maximum la présence, dans le matelas de fibres végétales, de fibres de bois dont le diamètre trop important pénalise la performance générale d’isolation du matelas.
[0032] On se distingue en cela de caractéristiques selon lesquelles on vise à définir le diamètre des fibres au sein du matelas par une valeur moyenne souhaitée, ou valeur moyenne maximale, cette valeur moyenne n’empêchant pas une grande diversité des valeurs de diamètre des fibres autour de cette valeur moyenne.
[0033] Selon une caractéristique de l’invention, au moins 60% des fibres de bois présentent un diamètre compris entre 30(im et 70pm. Conformément à ce qui a pu être évoqué ci-dessus, un matelas de fibres végétales comportant une telle répartition de fibres de bois présente de hautes performances d’isolation, dans la mesure où la dispersion de diamètre des fibres de bois est maîtrisée. Il est ici recherché une distribution de fibres de bois dont le diamètre est centré autour d’une valeur cible, avec peu de fibres de bois qui présentent un diamètre inférieur à un seuil bas, ici 30(im, pour éviter qu’une partie de la fibre de bois soit sous forme de poudre, notamment du fait d’un procédé d’obtention où une cuisson trop forte et une trop grande pression de disques fibrage sont appliquées, et avec dans le même temps peu de fibres de bois qui présentent un diamètre supérieur à un seuil haut, ici 70pm, pour les raisons précédemment évoquées.
[0034] Les inventeurs ont pu constater que la valeur de conductivité thermique d’un matelas de fibres végétales selon invention était d’autant plus basse, et donc intéressante dans une application à de l’isolation de bâtiments, lorsque la granulométrie des fibres de bois présentes dans le matelas était conforme à certaines valeurs. Il est notamment recherché pour obtenir les valeurs de conductivité thermique souhaitées, au moins inférieures à 0,037 W/m/K, d’avoir au moins 60% des fibres de bois présentant un diamètre inférieur ou égal à 70 microns. La grande quantité de fibres de bois fines qui résulte de cette granulométrie permet une bonne conductivité thermique du produit fini, notamment du fait de la finesse moyenne de la fibre de bois et du fait de l’homogénéité de finesse entre les fibres de bois et les fibres thermoliantes.
[0035] Le fait d’avoir une homogénéité entre la finesse des fibres thermoliantes, c’est-à- dire des fibres thermoliantes avec un décitex bas, et la finesse des fibres de bois permet un bon mélange de l’ensemble des fibres, étant entendu qu’une distribution non homogène favorise des amas locaux de fibres thermoliantes qui implique une absence de ces fibres thermoliantes dans d’autres zones du matelas et donc des fibres de bois susceptibles d’être au contact l’une de l’autre et de créer un pont thermique mauvais pour la valeur de conductivité thermique du produit fini.
[0036] La granulométrie telle qu’elle est revendiquée, aussi bien le fait qu’au moins un pourcentage donné de fibres de bois présente un diamètre inférieur à une valeur seuil que le fait qu’au moins 60% des fibres de bois présentent un diamètre compris entre 30(im et 70pm, peut notamment être assurée par un paramétrage appropriée de la cuisson des fibres et un paramétrage appropriée de la pression des disques de fîbrage utilisés après la cuisson pour leur donner la forme appropriée. [0037] H convient de noter que la caractéristique de diamètre des fibres de bois est particulièrement considérée mais qu’il est possible que ces caractéristiques soient combinées avec d’autres caractéristiques relatives à la dimension des fibres de bois, comme leur longueur.
[0038] Selon une caractéristique de l’invention, au moins 85% des fibres de bois présentent une longueur inférieure ou égale à 5000pm.
[0039] Selon une caractéristique de l’invention, au moins 40% des fibres de bois présentent une longueur inférieure à 2000 pm.
[0040] Selon une caractéristique de l’invention, le matelas de fibres végétales présente une épaisseur supérieure à 20 mm.
[0041] Selon une caractéristique de l’invention, le matelas de fibres végétales présente une épaisseur d’au moins 40 mm.
[0042] L’épaisseur du matelas de fibres végétales qui est ici à considérer est l’épaisseur nominale du matelas, c’est-à-dire l’épaisseur qui peut être constatée par l’utilisateur lors de l’utilisation qui est faite du produit à des fins d’isolation d’un bâtiment notamment.
[0043] Conformément à des pratiques connues de l’art antérieur, le matelas de fibres végétales selon l’invention est obtenu par le passage dans une étuve, configurée à une température de cuisson déterminée, d’un tapis de fibres végétales, constitué au préalable, le cas échéant sur un dispositif convoyeur dirigeant le tapis de fibres végétales vers l’étuve, par un mélange de fibres de bois enchevêtrées les unes avec les autres, et d’éléments liants destinés à lier les fibres de bois entre elles lors du passage de l’étuve.
[0044] L’épaisseur nominale peut notamment être mesurée après conditionnement, par exemple lors de l’achat du produit. À titre d’exemple, l’épaisseur nominale telle qu’évoquée ci-dessus est constatée après différentes étapes successives du procédé de fabrication industriel lors de la mise en oeuvre du produit, ces étapes pouvant comprendre après le passage en étuve du tapis de fibres de bois, la découpe, par exemple, en panneaux de dimensions appropriées, la compression ultérieure du matelas de fibres végétales obtenu après le passage en étuve lors de l’emballage, l’emballage et le stockage avant commercialisation.
[0045] Selon une caractéristique de l’invention, le matelas de fibres végétales présente une densité volumique comprise entre 20kg.m'3 et 80kg.m'3. Plus particulièrement, le matelas de de fibres végétales présente une densité volumique comprise entre 40kg.m'3 et 60kg.m'3.
[0046] Selon une caractéristique de l’invention, les fibres thermoliantes présentent une longueur inférieure ou égale à 6mm.
[0047] Selon une caractéristique de l’invention, les fibres thermoliantes comprennent au moins du polyéthylène.
[0048] Selon une caractéristique de l’invention, le matelas de fibres végétales présente une conductivité thermique inférieure ou égale à 37 mW/m/K à 10°C. Ainsi, assemblée en panneaux destinés à assurer l’isolation, notamment dans la construction, la paille présente une conductivité thermique intéressante pour en faire un matériau de construction destiné à l’isolation.
[0049] D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit d’une part, et d’exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif de l’invention en référence aux dessins schématiques annexés d’autre part, sur lesquels :
[0050] [Fig.l] représente schématiquement une vue générale d’un matelas de fibres végétales conforme à la présente invention ;
[0051] [Fig.2] représente un tableau illustrant une distribution des fibres de bois, dans le matelas de fibres végétales selon leur longueur ;
[0052] [Fig.3] représente un tableau illustrant la distribution des fibres de bois, dans le matelas de fibres végétales selon leur diamètre ; [0053] [Fig.4] représente une vue locale des fibres de bois et des fibres thermoliantes présentes au sein du matelas de fibres végétales représenté par la figure 1.
[0054] Il faut tout d’abord noter que si les figures exposent l’invention de manière détaillée pour sa mise en oeuvre, ces figures peuvent bien entendu servir à mieux définir l’invention, le cas échéant. Il est également à noter que ces figures n’exposent que des exemples de réalisation de l’invention.
[0055] Les caractéristiques, les variantes et les différentes formes de réalisation de l’invention peuvent être associées les unes avec les autres, selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. On pourra notamment imaginer des variantes de l’invention ne comprenant qu’une sélection de caractéristiques décrites par la suite de manière isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l’invention par rapport à l’état de la technique.
[0056] Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence.
[0057] La figure 1 représente un matelas de fibres végétales 1 conforme à la présente invention. Le matelas de fibres végétales 1 est formé d’une pluralité de fibres végétales enchevêtrées les unes avec les autres et de fibres thermoliantes permettant la tenue des fibres végétales dans le produit final. Selon l’invention, ces fibres végétales sont des fibres de bois 2 issues de plantes ligneuses, par exemple produites par sylviculture.
[0058] Les fibres de bois 2 utilisées pour la fabrication du matelas de fibres végétales 1 sont obtenues après le passage dans une unité de défibrage. À titre d’exemple, ces fibres de bois peuvent être obtenues à partir de résidus de l’industrie sylvicole ou de chute de bois non traitées.
[0059] Ce bois peut être issu de plantes ligneuses feuillues, par exemple, de peuplier (populus sp.), de hêtre (fagus sylvatica L.), ou encore de saule salixsp.), ou de plantes ligneuses résineuses telles que le douglas (pseudo tsuga sp.) ou encore l’épicéa (picea sp.). Dans le mode de réalisation représenté, et dans les exemples chiffrés qui vont être donnés dans la suite de la description, les fibres de bois issues de plantes ligneuses résineuses, et plus particulièrement de chute de bois douglas.
[0060] Le douglas présente, à l’instar d’autres bois d’intérêt tels que l’épicéa ou le hêtre, une teneur en cellulose comprise entre 30 et 60 kg pour 100 kg de matière sèche, communément écrit « kg.100kg'1 MS », et une teneur en lignine comprise entre 18 et 30 kg.100kg'1 MS. Les inventeurs ont pu, au moyen de tests adaptés, relever que les fibres de bois issues de ces plantes ligneuses d’intérêt présentent une structure permettant d’obtenir, en combinaison avec la présence de fibres thermoliantes, et plus particulièrement des fibres thermoliantes d’une épaisseur donnée, des matelas de fibres végétales 1 dont les propriétés isolantes sont optimales.
[0061] Plus spécifiquement, les inventeurs ont pu déterminer que les bois qui présentent des caractéristiques structurelles proche du douglas était idéaux pour fournir des fibres de bois aptes à former un matelas de fibres végétales 1 dont les propriétés isolantes sont optimales. Ces bois présentent une teneur en cellulose comprise entre 41,2 et 56,4 kg. 100kg'1 MS et une teneur en lignine comprise entre 23,7 et 28,1 kg.100kg 1 MS.
[0062] Il est à noter que le matelas de fibres végétales 1 est selon l’invention formé d’au moins 50% de fibres de bois 2 issues de plantes ligneuses tel que précédemment évoquées. En outre, le matelas de fibres végétales 1 peut comprendre des fibres adjuvantes, ici non représentées. Ces fibres adjuvantes peuvent être des fibres issues de l’agriculture telles que des fibres de chanvre ( Cannabis sativa L.), des fibres de kenaf (Hibiscus cannabinus L.) ou encore de fibres de lin (Linum usitatissimum) .
[0063] Ces fibres adjuvantes présentent notamment la caractéristique de présenter une longueur plus importante et une teneur en lignine plus faible que les fibres végétales 2 issues de la sylviculture conformément à la présente invention. Cette teneur moindre en lignine des fibres adjuvantes par rapport aux fibres végétales permet d’offrir au matelas de fibres végétales 1 une souplesse plus importante comparativement à un matelas de fibres végétales dépourvues de fibres adjuvantes.
[0064] Plus particulièrement, en ce qui concerne la seule répartition des fibres de bois au sein du matelas de fibres végétales, c’est-à-dire sans tenir compte des fibres thermoliantes, on peut avoir entre 70% et 90%, préférentiellement 80%, de fibres de bois et entre 10% et 30%, préférentiellement 20%, de fibres plus souples, comme du lin ou du chanvre, formant adjuvant. Ce rapport permet de donner au matelas de fibres végétales d’une part une souplesse grâce au bas taux de lignine des fibres utilisées comme adjuvant et d’autre part une bonne conductivité thermique grâce à l’interaction entre les fibres thermoliantes et les fibres de bois, et notamment une conductivité thermique inférieure ou égale à 37 mW/m/K à 10°C.
[0065] À titre d’exemple illustratif et non limitatif de l’invention, le matelas de fibres végétales 1 comprend 80% de fibres de bois douglas et 20% de fibres de chanvre.
[0066] L’unité de fibrage est un dispositif permettant de former des fibres de bois 2 à partir de résidus de bois obtenus, par exemple sous la forme de chutes de bois non traitées dans les scieries. Tel que l’illustrent les figures 2 et 3, l’unité de fibrage est avantageusement configurée pour obtenir des fibres de bois dont le diamètre médian est d’environ 55 pm et la longueur médiane des fibres de bois est d’environ 2500 m.
[0067] Les figures 2 et 3 illustrent la répartition des fibres de bois issues de douglas au sein d’un matelas de fibres végétales 1 conforme à l’invention, pour un échantillon de dimensions données, et pour lequel il a pu être attesté qu’il assure une conductivité thermique inférieure à 37 mW/m/K. [0068] Plus spécifiquement, la figure 2 illustre la distribution cumulative DC des fibres de bois en fonction de leur longueur LF.
[0069] Chaque valeur de distribution cumulative DC illustre le pourcentage de fibres de bois, au sein d’un échantillon donné, qui ont une longueur inférieure à une dimension donnée. À titre d’exemple, la figure 2 illustre, dans une première case Cl, que 5,5 % des fibres de bois présentes dans un échantillon donné d’un matelas de fibres végétales selon l’invention ont une longueur LF inférieure ou égale à 200 pm. Et, dans une deuxième case C2, on peut constater que 22 % des fibres de bois présentes dans ce même échantillon donné d’un matelas de fibres végétales selon l’invention ont une longueur LF inférieure ou égale à 1000 pm. On peut en déduire de ces deux valeurs que 16,5 % des fibres de bois présentes dans cet échantillon ont une longueur LF comprise entre 200 pm et 1000 pm, les 5,5 % de fibres de bois dont la longueur LF est inférieure ou égale à 200 pm faisant partie des 22 % de fibres de bois dont la longueur LF est inférieure ou égale à 1000 pm.
[0070] Ainsi, les tests qui ont pu être faits par les inventeurs sur cet échantillon montrent, en étudiant les valeurs de la distribution cumulative DC, qu’au moins 44 % des fibres de bois formant un matelas de fibres végétales 1 conforme à l’invention présentent une longueur d’au plus 2000 pm. De surcroît, il est à noter que, tel que visible sur la figure 2, 85,5 % des fibres de bois présentent une longueur LF d’au plus 5000 pm.
[0071] En réalisant des tests sur d’autres types de bois présentant des teneurs en lignine et en cellulose conformes à ce qui a été évoqués précédemment, et notamment sur des bois de hêtre, les inventeurs ont pu constater qu’un matelas de fibres végétales conforme à l’invention peut comprendre au moins 60 % de fibres de bois dont la longueur est inférieure ou égale à 3000 pm.
[0072] La figure 2 permet également de mettre en évidence des plages de valeurs de dimensions de fibres de bois, ici leur longueur, les plus représentées au sein du matelas de fibres végétales 1. Plus spécifiquement, l’accroissement de la distribution cumulative DC entre une première longueur de fibres de bois LF donnée, par exemple <2000 pm, une deuxième longueur de fibres de bois LF donnée, par exemple <3500 pm, et une troisième longueur de fibres de bois LF donnée, par exemple <5000 pm, permet de mettre en évidence le fait qu’il y a plus de fibres de bois, ici de bois douglas, qui présentent une longueur comprise entre 2000 pm et 3500 pm, sachant qu’elles représentent environ 24 % de la masse totale de fibres végétales présentes dans le matelas, que de fibres de douglas qui présentent une longueur comprise entre 3500 pm et 5000 pm, sachant qu’elles représentent environ 17,5 % de la masse totale de fibres végétales présentes dans le matelas.
[0073] La figure 3 rend compte du même test que celui mis en valeur par la figure 2, cette fois en tenant compte du diamètre des fibres de bois DF.
[0074] Chaque valeur de distribution cumulative DC illustre le pourcentage de fibres de bois, au sein d’un échantillon donné, qui ont un diamètre inférieur à une dimension donnée. Les valeurs réunies dans la figure 3 illustrent successivement que 2,5 % des fibres de bois présentes dans un échantillon donné d’un matelas de fibres végétales selon l’invention ont un diamètre DF inférieur ou égal à 30 pm, que 22,5 % des fibres de bois présentes dans cet échantillon ont un diamètre DF inférieur ou égal à 40 pm, que 47,5 % des fibres présentes dans un échantillon donné d’un matelas de fibres végétales selon l’invention ont un diamètre DF inférieur ou égal à 50 pm, que 64,5 % des fibres de bois présentes dans cet échantillon ont un diamètre DF inférieur ou égal à 70 pm, et que 73,5 % des fibres de bois présentes dans cet échantillon ont un diamètre DF inférieur ou égal à 100 pm.
[0075] Ainsi, les tests qui ont pu être faits par les inventeurs sur cet échantillon montrent, en étudiant les valeurs de la distribution cumulative DC, qu’au moins 73,5 % des fibres de bois 2, ici des fibres de bois de douglas, présentent un diamètre inférieur ou égal 100 pm et au moins 64,5 % de ces fibres de bois 2 présentent un diamètre DF inférieur ou égal à 70 pm. [0076] Là encore, il est à noter qu’en réalisant des tests sur d’autres types de bois présentant des teneurs en lignite et en cellulose conformes à ce qui a été évoqués précédemment, et notamment sur des bois de hêtre, les inventeurs ont pu constater qu’un matelas de fibres de bois conforme à l’invention peut comprendre au moins 60 % de fibres dont le diamètre DF est inférieur ou égal à 70 pm et au moins 50% de fibres dont le diamètre DF est compris entre 50 pm et 55 pm.
[0077] Tel qu’évoqué précédemment, le matelas de fibres de bois 1 est formé d’un enchevêtrement de fibres végétales, et plus particulièrement de fibres de bois. Ces fibres de bois 2 sont, tel que visible sur la figure 4, solidarisées les unes aux autres au moyen d’éléments liants par voie sèche. Ces éléments liants sont plus particulièrement formés par des fibres thermoliantes 3.
[0078] Le matelas de fibres végétales 1 est obtenu au moyen d’une installation de fabrication dans laquelle les fibres de bois 2 sont mélangées avec les fibres thermoliantes 3 de sorte à obtenir une teneur en fibres thermoliantes qui est inférieure à 10%, préférentiellement comprise entre 2% et 5%.
[0079] Dans un mode de réalisation de l’invention, le mélange de fibres de bois 2 et de fibres thermoliantes 3, obtenu selon les teneurs qui viennent d’être évoquées, est soufflé dans une installation de fabrication puis aspiré contre un convoyeur au vu de former un tapis de fibres de bois. Ce tapis de fibres de bois est alors chauffé dans une étuve pour former le matelas de fibres végétales 1. Le matelas de fibres végétales peut être coupé en panneaux isolants de différentes tailles ou enroulé et compressé en vue d’être stocké.
[0080] Les fibres thermoliantes 3 sont formés d’un coeur 31 et d’une gaine 32. Le coeur 31 forme une partie rigide des fibres thermoliantes 3 participant à offrir au matelas de fibres de paille 1 une résistance mécanique, tandis que la gaine 32 assure la solidarisation des fibres végétales 2 les unes avec les autres. À cet effet, le coeur 31 et la gaine 32 présentent des températures de fusion différentes, et plus précisément la gaine 32 présente une température de fusion plus basse que le cœur 31.
[0081] Ainsi, lors du passage du tapis de fibres de bois dans une étuve pour obtenir un matelas de fibres végétales conforme à l’invention, la température au sein de l’étuve est telle que la gaine 32 fonde pour baigner les fibres de bois adjacentes, l’ensemble se solidifiant en refroidissant en sortie de l’étuve de sorte à solidariser ces fibres de bois les unes avec les autres. Il est à noter que la température de fusion du cœur 31 est prévue pour que, malgré le passage dans l’étuve d’un tapis de fibres de bois constitué du mélange de fibres de bois et de liant, le cœur 31 conserve sa propriété rigide participant à assurer une résistance mécanique au matelas de fibres végétales 1 après étuve.
[0082] On comprend qu’au sein de l’étuve, les fibres de bois 2 et les fibres thermoliantes 3 sont chauffés de sorte que les fibres de bois 2 se solidarisent les unes avec les autres. Au moins le passage en étuve, et le cas échéant une compression ultérieure et un découpage avant conditionnement, transforme le tapis de fibres de bois en un matelas de fibres végétales conforme à l’invention.
[0083] Le matelas de fibres végétales présente une épaisseur d’au moins 20 mm et préférentiellement supérieure à 40mm. Cette épaisseur est considérée après le passage du tapis de fibres de bois dans l’étuve.
[0084] Dans le mode de réalisation représenté, la gaine 32 des fibres thermoliantes 3 est formée de polyéthylène et le cœur 31 est également formé de polyéthylène. Il convient de noter que dans un mode de réalisation alternatif le cœur 31 des fibres thermoliantes peut être formé d’un polyester, et plus précisément de polytéréphtalate d'éthylène. Le polyéthylène présente l’avantage de se lier facilement aux fibres végétales ce qui en fait un bon candidat pour former la gaine 32 des fibres thermoliantes.
[0085] H convient de noter qu’il ne s’agit ici que d’un exemple de réalisation, le matelas de fibres végétales 1 pouvant être obtenu par une installation de fabrication différente, par exemple une installation de fabrication dans laquelle les fibres de bois 2 et les éléments liants sont déposées mécaniquement sur un convoyeur puis dirigées vers une étuve de sorte à former le matelas de fibres végétales 1.
Toutefois, la teneur du matelas de fibres végétales 1 en fibres thermoliantes 3 et la structure desdites fibres thermoliantes 3 restent identiques.
[0086] Les fibres thermoliantes sont caractérisées notamment par leur finesse. Cette finesse est exprimée en décitex, communément définie par la masse en grammes de dix mille mètres de cette fibre thermoliante 3. Selon l’invention, les fibres thermoliantes 3 présentent une finesse inférieure ou égale à l,7dtex, préférentiellement inférieure ou égale à l,5dtex. Une telle finesse des fibres thermoliantes 3 permet une meilleure répartition de ces fibres thermoliantes au sein du matelas, entre les fibres de bois, ce qui est plus efficace pour l'encollage et la fixation de la position des fibres de bois les unes par rapport aux autres.
[0087] On comprend que l’on peut s’assurer ainsi plus facilement du fait que les fibres de bois n’entrent pas en contact et ne forment pas de ponts thermiques. La meilleure répartition des fibres thermoliantes, résultant de la finesse de ces fibres telle qu’elle est mise en valeur selon l’invention, permet de limiter le rapport massique ou volumique d'éléments thermoliants dans la masse ou le volume global(e) du produit isolant formé par le matelas de fibres végétales.
[0088] En outre, les fibres thermoliantes 3 présentent une longueur, en tenant compte des tolérances de fabrication, d’environ 6 mm, ce qui peut permettre, en complémentarité de la finesse précédemment évoquée, une meilleure répartition des fibres thermoliantes au sein du matelas de fibres végétales 1. Il est à noter que cette longueur des fibres thermoliantes peut plus particulièrement être inférieure ou égale à 6mm.
[0089] La finesse des fibres thermoliantes est ici particulièrement intéressante dans la mesure où elle est complémentaire de la finesse des fibres de bois, évoquée par le fait qu’au moins 60% des fibres végétales présentent un diamètre inférieur à 70 microns, ce qui permet d’obtenir un bon mélange des deux types de fibres présents dans le matelas et une répartition homogène des fibres thermoliantes entre les fibres de bois, ce qui permet une bonne fixation des fibres de bois et la formation régulière de poches d’air permettant de baisser la valeur de conductivité thermique aux valeur souhaitées pour une application à de l’isolation de bâtiments.
[0090] Les différents éléments présentés pour participer à la formation du matelas de fibres végétales 1 permettent d’obtenir un tel matelas dont la densité volumique est comprise entre 20 kg.m'3 et 80 kg.m'3 et avec, tel qu’évoqué précédemment, une épaisseur d’au moins 20mm. Un tel matelas de fibres végétales présente une conductivité thermique inférieure ou égale à 37 mW/m/K à 10°C, permettant d’apporter des propriétés d’isolation optimales à un matériau de construction.
[0091] L’invention telle qu’elle vient d’être décrite atteint bien le but qu’elle s’était fixée en proposant un matelas de fibres végétales dont les performances d’isolation thermique sont optimisées au moyen d’une composition et d’une distribution de dimensions des fibres végétales particulières, à savoir des fibres de bois et par exemple des produits issus de la sylviculture, au sein du matelas de fibres végétales.

Claims

REVENDICATIONS
1. Matelas de fibres végétales caractérisé en ce qu’il comporte des fibres de bois (2) issues de plantes ligneuses et solidarisées les unes avec les autres au moyen de fibres thermoliantes (3), les fibres thermoliantes (3) présentant un décitex inférieur ou égal à 1,7 dtex.
2. Matelas de fibres végétales (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les fibres thermoliantes (3) présentent un décitex inférieur ou égal à 1,5 dtex.
3. Matelas de fibres végétales (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fibres de bois (2) sont issues de plantes ligneuses résineuses.
4. Matelas de fibres végétales (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend au moins 50% de fibres de bois issues de plantes ligneuses.
5. Matelas de fibres végétales (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend des fibres adjuvantes issues de l’agriculture.
6. Matelas de fibres végétales (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comprend au moins 80% de fibres de bois (2) et au plus 20% de fibres adjuvantes.
7. Matelas de fibres végétales (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend au plus 10% de fibres thermoliantes (3).
8. Matelas de fibres végétales (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comprend entre 2% et 5% de fibres thermoliantes (3).
9. Matelas de fibres végétales (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend au moins 95% de fibres et au plus 5% d'additifs.
10. Matelas de fibres végétales (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’au moins 95% des fibres sont des fibres de bois.
11. Matelas de fibres végétales (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fibres de bois (2) issues de plantes ligneuses présentent une teneur en cellulose comprise entre 30 et 60kg.100kg 1 de matière sèche et une teneur en lignine comprise entre 18 et 30kg.100kg 1 de matière sèche.
12. Matelas de fibres végétales (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les fibres de bois (2) issues de plantes ligneuses ont une teneur en cellulose comprise entre 41,2 et 56,4kg. 100kg 1 de matière sèche et en lignine comprise entre 23,7 et 28,lkg. l00kg 1 de matière sèche.
13. Matelas de fibres végétales selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’au moins 70% des fibres de bois présentent un diamètre inférieur ou égal à lOOpm.
14. Matelas de fibres végétales (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’au moins 60% des fibres de bois (2) présentent un diamètre inférieur à 70pm.
15. Matelas de fibres végétales (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’au moins 60% des fibres de bois (2) présentent un diamètre compris entre 30(im et 70pm.
16. Matelas de fibres végétales (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’au moins 85% des fibres de bois présentent une longueur inférieure ou égale à 5000pm.
17. Matelas de fibres végétales (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il présente une épaisseur supérieure à 20 mm.
18. Matelas de fibres végétales (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il présente une densité volumique comprise entre 20kg.m'3 et 80kg.m'3.
19. Matelas de fibres végétales (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fibres thermoliantes (3) comprennent au moins du polyéthylène.
20. Matelas de fibres végétales (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il présente une conductivité thermique inférieure ou égale à 37 mW/m/K à 10°C.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2000328417A (ja) * 1999-03-15 2000-11-28 Toppan Printing Co Ltd 植物繊維マット及びパルプビーズ及びパルプビーズの製造方法
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