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2035~8
La présente invention concerne une plaque de parement en plâtre fibré, un
procédé de fabrication de cette plaque ainsi que les installations pour la mise en
oeuvre de ce procédé.
On entend par plaque de parement en plâtre fibré, une plaque de parement
s armée par des fibres qui, à la différence des plaques de plâtre traditionnelles, n'est
pas cartonnée sur ses faces.
Pour réaliser des am~nagements intérieurs, le produit en plâtre pris le plus
usité sur le marché mondial est la plaque de plâtre cartonnée, sous la forme de
panneaux de grande dimension, généralement de 1,20 mètre de large, de longueur
o égale à la hauteur d'un étage (soit ~,40 mètres ou plus), pour une épaisseur
d'environ 6 à 25 mm.
L'un des principaux intérêts de la plaque de plâtre cartonnée réside dans le fait
qu'elle possède des résistances mécaniques suffisantes et un équilibre
élasticité/rigidité particulièrement bien adapté aux contraintes auxquelles elle est
5 soumise au cours de sa manutention, de son transport, de son stockage ou de son
montage, sous l'action principalement de son propre poids. La plaque de plâtre
cartonnée possède des résistances mécaniques en flexion qui sont supérieures dans le
sens longitudinal à celles d~veloppées dans le sens transversal: ceci s'adapte bien
aux dimensions de la plaque. Effectivement, cette anisotropie lui permet de résister
20 correctement aux contraintes qu'elle subit en raison de ses dimensions.
A cela il faut ajouter que la bonne résistance à la fissuration de la plaque de
plâtre cartonnée est liée à sa faible masse volumique, qui est de l'ordre de 0,7 à 0,95
g/cm3. En effet, les contraintes nécessaires pour provoquer sa rupture sont trèssupérieures aux contraintes sous son propre poids. De plus, le faible poids des
~s plaques facilite leur manutention.
La plaque de plâtre cartonnée vérifie en plus la norme NF P 72-302 de Juin
1985, q~ exige d'une plaque de plâtre cartonnée que des échantillons de 40 x 30 cm
possèdent, pour une distance entre appuis de 35 cm, les résistances à la rupture en
2~5058
, 2
flexion minimales suivantes, exprimées en contrainte avec la formule (I) suivante,
applicable au matériau homogène:
a~ = 3 P L (I)
2 bh2
dans laquelle:
cf représente la contrainte à rupture (en Pascal)
P représente la charge à rupture (en Newton)
b représente la largeur (en mètre)
0 L représente la longueur (en mètre)
h représente l'épaisseur (en mètre)
- pour une plaque de 12,5 mm d'épaisseur, des résistances à la rupture en
flexion d'au moins 6,7 MPa dans le sens long et d'au moins 2,3 MPa dans le sens
lS travers,
- pour une plaque de 9,5 mm d'ép~usseur, des résistances à la rupture en
flexion d'au moins 7,7 MPa dans le sens long et d'au moins 3,3 MPa dans le sens
travers.
Toutefois, la plaque de plâtre cartonnée présente quelques défauts, notamment
20 l'inflammabilité de sa surface cartonnée. Par contre, du fait de son coeur en sulfate
de calcium hydraté, la plaque de plâtre cartonnée est considérée comme un coupe-feu.
Un autre inconvénient des plaques de plâtre cartonnées réside dans le fait que
25 1 es cartons doivent être de bonnes qualités esthétiques et mécaniques et parfaitement
adhérer à l'âme du plâtre. C'est pourquoi, ces cartons représentent une part
importante du cout de ces plaques.
En conséquence, les inconvénients précités amènent à fabriquer des plaques de
30 plâtre sans carton, renforcées dans leur épaisseur, généralement par des fibres. On a
donc recherché à préparer une plaque de plâtre fibré qui, outre les qualités propres à
2~505$
~ 1 ~ r
sa composition, respectent les exigences ré~lementaires en matière de résistances
mécaniques, et en particulier en matière de résistance à la rupture en flexion.
En effet, pour résister aussi bien aux contraintes statiques que dynamiques, la
5 plaque de plâtre fibré visée doit posséder une résistar~ce à la rupture en flexion
nettement sup~érieure à la charge maximale résultant de son propre poids, quand la
plaque se trouve en position horizontale soutenue uniquement à ses extrémités.
Pour un matériau homogène auquel la plaque de plâtre fibré peut être
o assimilée, ceci correspond à des valeurs de résistances à la rupture en flexion
supérieures à la droite de rupture sous son poids propre donnée par la relation (II)
suivante:
6'= 3 L p (II)
lS 4 h
dans laquelle:
représente la contrainte à rupture, (en Pascal)
L représen~e la distance libre de la plaque entre les
20 appuis, (en mètre)
h représente l'épaisseur de la plaque, (en mètre)
p représente la masse volumique de la plaque. (en kg/m3)
Cette relation montre clairement l'importance de la contrainte à laquelle les
plaques de grandes dimensions sont soumises dans le sens longitudinal.
2s
Toutefois, cette relation ne traduit que partiellement la contrainte subie par les
plaques car la contrainte envisagée est statique, ce qui est plutôt éloigné des
con~raintes subies réellement dans la pratique. En réalité, les plaques sont exposées à
des contraintes dynamiques. C'est pourquoi, les résistances à rupture en flexion30 doivent être nettement supérieures à celles données par la relation (II) pour éviter la
rupture.
,j ~. 208~osg
On connaît déjà des plaques de plâtre fibré. A la différence des plaques de
plâtre cartonnées, les plaques de plâtre fibré connues, qui sont exemptes de carton,
ont leurs surfaces incombustibles. Elles sont donc classées dans la catégorie "M0" de
la norme NF P92 501 d'octobre 1975, revue le 28 Août 1991, pourvu que leur
5 pouvoir calorifique supérieur (PCS) soit inférieur ou égal à 600 calories par
kilogramme de matériau.
Cependant, les plaques de plâtre fibré connues ne sont pas totalement
satisfaisantes .
Leur principal inconvénient tient dans leur poids élevé. Ces plaques de plâtre
fibré ont en effet une masse volumique plutôt élevée, qui est généralement
supérieure à 1,1 g/cm3, et qui atteint souvent 1,3 g/cm3 quand elles ne sont pasadjuvantées de matières allégeantes. Quand elles sont sous la forme de panneaux de
grande longueur (généralement de la hauteur d'un étage), leur poids atteint donc des
valeurs suffisamment fortes pour que les panneaux puissent se rompre lors des
manutentions, sous l'effet de leur propre poids qui est important, quand leur
résistance à la rupture en flexion n'est pas suffisante. A titre d'exemple, une plaque
de plâtre de 1,20 m x 2,50 m, d'épaisseur égale à 13 mm et de masse volumique
égale à 1,3 g/cm3 pèse 50,7 kg, alors qu'une plaque standard cartonnée de même
dimension, mais qui bénéficie d'une masse volumique plus faible~ voisine de
0,9 g/cm3, ne pèse que 35,1 kg.
En outre, leur poids élevé rend leur manutention malaisée et leur transport
onéreux.
On connaît deux grandes voies de fabrication des pla~ues de plâtre fibré.
2s Une première voie di~e "sèche" ou "semi-sèche" consiste principalement à:- mélanger le plâtre et les fibres de cellulose à sec ou partiellement
humidifié~es, les fibres pOUV~Ult être obtenues elles-mêmes par défibrage
selon une voie humide ou sèche,
- ajouter l'eau nécessaire à l'hydratation du plâtre,
2~g5o58
- étaler la pâte obtenue, généralement sur une bande continue,
- presser suffisamment le produit déposé pour assurer une bonne répartition
de l'eau et éliminer l'eau excédentaire, puis procéder à son séchage après la
prise.
Cette voie conduit à des plaques de plâtre fibré caractérisées par une masse
volumique importante, de l'ordre de 1,2 glcm3, et une résistance à la rupture enflexion de l'ordre de 5,5 à 6 MPa. Pour obtenir ce niveau de résistances encore
insuffisant, on a recours à des teneurs en fibre assez élevées: la majorité des plaques
0 de plâtre commercialisées issues de ces procédés contient souvent au moins 15 % de
fibres rapporté au poids de platre.
Outre les problèmes précités occasionnés par leur poids important, ces plaques
sont fragiles et doivent être manipulées avec beaucoup de précaution. En èffet,
d'après la relation (II), ces plaques peuvent se rompre sous la seule action de leur
lS poids en l'absence de tout effet dynamique, dès que leur longueur excède 2,80 m
pour des plaques de 12,5 mm d'épaisseur par exemple. Cette solution n'est donc pas
satisfaisante.
Outre un surcoût de matières premières, les plaques de plâtre à forte teneur en
fibres présentent une plus grande sensibilité à l'humidité qui conduit à une instabilité
dimensionnelle en milieu humide, d'où, lors de certaines applications, l'impossibilité
d'avoir des joints entre les plaques qui ne s'ouvrent pas dans le temps.
Une voie possible pour diminuer la masse volumique consiste à leur incorporer
des matières allégeantes. Mais cette solution n'est pas satisfaisante car elle conduit à
des résistances m~caniques plus faibles et donc très inférieures aux valeurs
2s minimales exigées par la norme NF-P-72-302 de Juin 1985.
On connaît également une seconde voie, dite "humide", de fabrication de
plaques de plâtre fibré. Cette seconde voie est mise en oeuvre dans une installation
de type ligne papetière, de façon discontinue ou continue.
2~o~
. 6
Selon le procédé discontinu, la préparation des plaques s'effectue généralement
de la manière suivante:
1- les fibres en suspension aqueuse diluées sont ajoutées au plâtre,
2- la pâte obtenue est déposée en couche de fine épaisseur sur une bande sans
s fin,
3- après élimination de l'eau excédentaire, on assemble par pressage sous
pression élevée la couche obtenue avec d'autres couches de plâtre fibré, de
caractéristiques physico-chimiques, similaires ou différentes,
4- ensuite, dès que la prise est réalisée, on effectue une opération de séchage.
Un mode de réalisation de ce procédé discontinu, utilisant des installations de
type Hatschek, est actuellement largement employée.
Ce mode de réalisation consiste, à l'issue de l'étape (2), à assembler des
couches de plâtre fibré de fine épaisseur sur un cylindre tournant.
Selon le cas, l'eau excédentaire est éliminée au cours de l'étape (2), ou
pendant l'opération d'assemblage, au travers du cylindre tournant. Dès que
l'épaisseur des couches assemblées est suffisante pour produire la plaque recherchée,
un dispositif coupe la plaque en formation de sorte que, par gravité, la plaque se
libère du cylindre et tombe sur un convoyeur. Ensuite, la plaque est soumise auxopérations (3) et (4) du procédé discontinu.
Pour réaliser l'assemblage des couches sur le cylindre, la prise doit être lente:
pour ce faire, on doit donc incorporer un ou plusieurs retardateurs de la prise dans la
pâte de plâtre fibré. Par voie de conséquence, on doit maintenir un faible débit de
plaques sur la ligne de fabrication.
2s Ces procédés discontinus impliquent l'utilisation d'un plâtre à prise retardée,
d'où une faible productivité. Par ailleurs, il est nécessaire de changer le cylindre et
le dispositif de pressage dès que l'on souhaite modifier les dimensions des plaques
produites, d'où une multiplication des équipements.
2 D
On obtient une plaque dont la masse volumique est importante, de l'ordre de
1,1 g/cm3 ou supérieure, quand elle n'incorpore pas de matières allégeantes.
Egalement, les résistances à la rupture en flexion de ces plaques sont généralement
importantes. Le problème majeur posé par ces plaques provient de leur poids élevé
5 qui rend leur manutention difficile et leur transport coûteux.
En cons~quence de leur poids élevé, et de leur mode de fabAcation complexe
et discontinu, ces plaques de plâtre fibré sont onéreuses.
0 La voie humide discontinue de fabAcation de plaques de plâtre fibré est
notamment décrite dans les brevets allemands 1 104 419 et 2 425 276 et le brevetfrançais 2 346 120. Suivant le procédé enseigné par ces brevets, les plaques de plâtre
armées de fibres sont obtenues par la superposition sous pression de plusieurs feutres
de 0,2 à 0,3 mm d'épaisseur environ, ces feutres résultant du dépôt en couche
mince, sur une bande transporteuse perméable à l'eau, d'une suspension formée deplâtre, de fibres et d'eau dont on a extrait l'excès d'eau à l'aide d'organes
d'aspiration disposés sous la bande.
En raison du rnode de fabAcation des feutres, le brevet français 2 346120
précise que les fibres s'oAentent préférentiellement dans une seule direction. Ceci
pourrait résulter de la vitesse élevée d'avancement de la bande transporteuse
combinée à la très faible épaisseur des feutres suivant le phénomène bien connu des
papetiers lors de la formation d'une feuil}e de papier.
Du fait de l'assemblage par pression, la masse volumique de ces plaques une
fois séchées est élevée et au moins égale à 1,2 g/cm3.
Toujours dans la seconde voie dite "humide", mais cette fois selon un
processus continu, on trouve, dans la documentation scientifique, des procédés
permettant d'acc~der à des plaques de plâtre fibré de plus faible masse volumique.
Ainsi le brevet allemand n2 365 161 décrit des plaques de plâtre fibré qui
sont obtenues par malaxage intime du plâtre avec une suspension de fibres dans
2~85~8
I'eau, la pâte obtenue étant étendue en une couche sur une toile fillrante, I'eau en
excès étant évacuée avant la prise du plâtre par application d'un vide croissant par
paliers. Résultant de ce procédé, quand la teneur en fibres croît, les plaques de plâtre
fibré se caractérisent par une masse volumique décroissante et par suite par unes résistance à la traction-flexion qui décroît de façon linéaire.
Selon ce brevet, du fait de l'aspiration progressive de l'eau en excès, les fibres
prennent une orientation préférentielle dans des plans parallèles aux faces.
Une plaque de plâtre fibré, préparée conformément à ce brevet allemand, de
10 mm d'épaisseur contenant 12 % en poids de fibres cellulosiques, de masse
o volumique égale à 0,81 g/cm3, possède une résistance à la rupture en flexion égale à
6 MPa dans les deux directions: dans le sens long, cette résistance est donc
inférieure à la valeur exigée par la norme NF P 72-302 de Juin 1985.
Dans le but d'atteindre des résistances à la rupture en flexion suffisantes, lesauteurs recommandent d'employer des plaques de plâtre fibré ayant des masses
5 volumiques supérieures à celle précitée, ce qui les amène à introduire des quantités
faibles de fibres, de préférence égales à 2 % en poids.
C'est pourquoi, en raison des problèmes évoqués ci-dessus, les plaques de
plâtre fibré commercialisées sont employees dans des domaines très spécifiques
20 comme protection anti-feu ou phonique, ou comme éléments de dimensions
modérées tels que les éléments pour plafonds ou planchers.
La présente invention a pour principal objectif de proposer une plaque de
plâtre fibré ne présentant pas les inconvénients de l'art antérieur.
2s
Plus précisément, I'invention a pour premier objectif une plaque de plâtre fibréne nécessitant pas des proportions de fibres trop élevées, et poss~dant en outre une
faible masse volumique, des résistances mécaniques, et en particulier des résistances
à la rupture en flexion, suffisamment élev~es, et au moins égales à celles prévues par
2~5~58
la norme NF P 72-302 pour la plaque de plâtre cartonnée traditionnelle, aussi bien
dans le sens long que dans le sens travers.
Un autre objectif de l'invention est un procédé de fabrication de cette plaque
s de plâtre fibré qui puisse être mis en oeuvre relativement simplement, dans des
conditions économiques avantageuses, et de façon continue.
Un autre objectif de l'invention est une installation pour la fabrication de cesplaques de plâtre fibré qui soit relativement simple et qui puisse être, pour une
0 grande part au moins, réalis~e à partir d'une installation industrielle de fabrication
des plaques de plâtre cartonnées traditionnelles.
Pour réaliser ces objectifs, la présente invention propose une plaque de plâtre
composée d'au moins une couche de plâtre fibré, dans laquelle les fibres sont
dispersées, éventuellement combinée avec d'autres couches de caractéristiques
S physic~chimiques identiques ou différentes, cette couche de plâtre fibré étantcaractérisée en ce que sa masse volumique est modérée, même en l'absence de
matières allégeantes et en ce que les fibres, dispersées dans ladite couche sontpréférentiellement oIientées selon la direction longitudinale de la plaque, de sorte
que la résistance à la rupture en flexion de la couche dans le sens longitudinal soit
20 supérieure à la résistance à la rupture en flexion de la couche dans le sens
transversal.
Fn l'absence de toutes matières allégeantes, la couche de plâtre fibré selon
l'invention se caractérise par une masse volumique modérée, c'est-à-dire une masse
volumique inférieure à celle des plaques de plâtre fibré commercia1isées lorsque ces
2s dernières sont exemptes de matières allégeantes. En l'absence d'allégeant, la masse
volumique de la couche de plâtre fibr~ selon l'invention est inférieure à 1 g/cm3.
Avantageusement, la masse volumique de la couche de plâtre fibré selon l'invention
est voisine de la masse volumique des plaques de plâtre cartonnées connues, (c'est à
2 ~
dire de l'ordre de 0,7 à 0,95 g/cm3) et de préférence encore comprise entre 0,8 et
0,95 g/cm3.
La faible masse volumique de la couche de plAtre fibré selon l'invention résulteessentiellement, d'une part de la présence des fibres, et d'autre part des procédés
s employés pour sa fabrication, qui ne nécessitent pas de compression sous pression
élevée.
Toutefois, grâce aux fibres qui sont bien dispersées dans la matrice de plâtre et
malgré sa faible masse volumique, la couche de plâtre fibré conforme à l'invention,
une fois séchée, atteint des résistances mécaniques moyennes (dans les sens long et
- 10 travers), qui sont nettement supérieures à celles des plaques de plâtre fibré ayant une
composition et une épaisseur identiques et de densit comparable et résultant d'une
voie, dite "semi-sèche", de fabrication.
De plus, les résistances mécaniques moyennes (dans les sens long et travers) de
la couche de plâtre fibré conforme à l'invention sont équivalentes à celles des
s plaques de plâtre fibré ayant une composition, une épaisseur et une densité
comparables, et résultant d'une voie, dite "humide", de fabrication.
En revanche, essentiellement grâce aux fibres qui sont préférentiellement
oAentées selon la direction longitudinale, la couche de plâtre fibré conforme à
l'invention atteint des résistances mécaniques dans le sens long qui sont:
- d'une part nettement supérieures à celles des plaques de plâtre preeitées,
obtenues par une voie dite "humide" de fabrication;
- et d'autre part, au moins égales voire supérieures à la valeur exigée par la
norme NF P 72-302 de Juin 1985.
Les fibres convenant ~ l'invention sont les fibres cellulosiques, auxquelles on
2s peut éventuellement ajouter d'autres fibres, à la condition qu'elles ne comportent pas
d'éléments nuisibles pour l'hydratation du plâtre. Les fibres apportées en
complément aux fibres cellulosiques sont introduites de préférence à raison de 0,2 à
1 % rapporté au poids total de la couche sèche de plâtre hydraté et fibré.
2~50.~8
. .
Dans la sui~e de la description, I'expression "couche sèche de plâtre hydraté etfibré" sera employée pour désigner la couche obtenue après les opérations de prise et
de séchage, qui est composée essentiellement de sulfate de calcium dihydraté et de
fibres cellulosiques.
Parmi les fibres pouvant être incorporées à la pâte de fibres cellulosiques, on
peut citer les fibres de verre et les fibres synthétiques.
Comme fibres cellulosiques, on utilise de préférence des fibres cellulosiques
provenant de la récupération de vieux journaux ou d'autres papiers de récupération.
La longueur moyenne de ces fibres, qui est généralement supérieure à 500 microns,
lo est en effet suffisante. (en deçà de cette valeur, les fibres ont tendance à se
déchausser plutôt qu'à se casser quand elles sont sollicitées en traction et/ou en
flexion, d'où une efficacité nettement réduite.)
La quantité de fibres cellulosiques dans la couche de plâtre fibré selon
I'invention peut va~ier entre 5 et lS % rapporté au poids total de la couche sèche de
plâtre hydraté et fibré. A la différence des plaques de plâtre fibré décrites dans le
brevet allemand 2 365 lSI, on choisit, conformément à l'invention, une proportion
supérieure de fibres cellulosiques, de préférence entre 7 et 13 % rapporté au poids
total de la couche s~che de plâtre hydraté et fibré, car ces conditions, outre un faible
poids, contribuent à l'obtention de résistances mécaniques satisfaisantes et à un prix
de revient compétitif.
L'épaisseur des couches de plâtre fibré est variable selon le procédé de
fabrication employé. De préférence, elle est suffisante pour que l'assemblage d'au
plus trois couches soit nécessaire pour former des éléments plans pour de
2s nombreuses applications telles que des éléments de paroi ou des éléments deplanchers ou de plafonds. L'épaisseur de la couche de plâtre fibré est
avantageusement comprise entre 2 et 15 mm, et de préférence entre 5 et 10 mm pour
des questions de productivité.
2 ~ o
Comme plâtre semi-hydraté, on peut utiliser aussi bien la forme alpha ou bêta
que l'on a de préférence traitée pour faciliter la filtrabilité du plâtre.
Pour améliorer encore les propriétés mécaniques de la couche de plâtre fibré
selon l'invention, on peut lui incorporer des agents appropriés tels que de l'amidon,
de préférence à raison de 0,2 à 3 % rapporté au poids total de la couche sèche de
plâtre hydraté et fibré.
Dans le même but, on peut ajouter encore de 0,5 à 5 % en poids de ciment,
rapporté au poids total de la couche sèche de plâtre hydraté et fibré.
D'autres agents peuvent également être ajoutés, ceci afin d'arnéliorer Oll
d'apporter une qualité particulière7 tels que notamment un ou plusieurs agents
hydrofugeants, un ou plusieurs agents à haute résistance au feu et tous les adjuvants
classiquement employés dans l'âme de la plaque de plâtre cartonnée.
La couche selon l'invention est avantageusement utilisée seule, si son épaisseurest suffisante, ou en combinaison avec d'autres couches de plâtre fibré ou non pour
préparer une plaque de plâtre.
Conformément à un mode de réalisation préféré de l'invention, on prépare une
plaquerde plâtre fibré en associant au plus trois couches de plâtre fibré conformes à
l'invention. Comme énoncé auparavant une couche de plâtre fibré conforme à
l'invention possède les caractéristiques suivantes:
- une masse voiumique modérée, même en l'absence de matières allégeantes,
2~ - des fibres dispersées dans chaque couche et préférentiellement orientées selon
la direction longitudinale de la plaque, de sorte que la résistance à la ruptureen flexion de la plaque dans le sens longitudinal soit supérieure à la résistance
à la rupture en flexion de la plaque dans le sens transversal et que la plaque
remplisse les exigences posées en matière de propriétés mécaniques par la
20~5~8
13
norme française homologuée NF P-72 302 de Juin 1985 pour les plaques de
platre cartonnées.
De préférence encore, la plaque de plâtre fibré selon l'invention est composée
s de deux couches de plâtre fibré conformes à l'invention.
Grâce aux différentes variantes de la plaque de plâtre fibré conforme à
l'invention, on atteint des valeurs de résistance à la rupture en flexion nettement
supérieures aux valeurs de contrainte subie par la plaque sous son poids
conformément à la relation (II) et ceci, de facon surprenante, en dépit de leur masse
0 volumique modérée.
La plaque de plâtre fibré selon l'invention poss~de en outre les propriétés
d'usages supérieures à celles des plaques de plâtre cartonnées connues.
Ainsi, elle répond aux exigences de pose: à ce titre, elle n'est pas plus fragile
aux manutentions qu'une plaque de plâtre traditionnelle. Elle peut être usinée
(découpée, vissée, clouée, poncée) sans risque de fissuration quand ces opérations
sont effectuées normalement. Une finition, par apport d'une planéité générale,
formage de bords ou revêtement, peut lui être apportée sans difficult~.
Une fois posée, la plaque de plâtre fibré selon l'invention se caractérise par les
propriétés mécaniques suivantes:
- bonnes résistances aux chocs,
- bonne protection anti-feu, tant en réaction au feu qu'en résistance au feu,
- bonne coh~sion ~ l'égard des d~coupes et des perçages ainsi qu'une bonne
résistance à l'arrachement des fixations (pointes, vis, agrafes, contreventementou chevilles devant supporter les charges) grâce à son homogéneité et à sa
résistance aussi bonne à coeur qu'en surface,
- bonne résistance à l'humidité et bonne tenue générale dans des conditions
humides: dans les conditions de la norme ASTM C 473-84, les phénomènes
2D8505.~
14
de fluage sont deux fois plus faibles que ceux constatés avec les plaques de
plâtre cartonnées.
La plaque de plâtre fibré selon l'invention répond parfaitement aux exigences
esthétiques à savoir:
- possibilité de relier deux plaques contiguës avec des joints assurant une
parfaite continuité des surfaces,
- absence de fléchissement différé en plafond,
- possibilité de renouvellement des revêtements de peinture ou de papier peint
o sans dommage pour la plaque et sans risque de détérioration de la surface
comme dans le cas de la plaque de plâtre classique (arrachement de carton).
La présente invention à également pour objet un procédé de fabrication en
continu de ladite couche de plâtre fibré, pouvant servir à la préparation d'une plaque
de plâtre ou d'un élément préfabriqué léger et résistant, ou d'autres produits
incorporant du plâtre fibré. Il consiste à:
1~ mélanger une suspension dilu~e dans l'eau de fibres cellulosiques avec du
plâtre semi-hydrate et des ajouts éventuels dans un mélangeur, et plus
particulièrement celui employé dans les installations de fabrication des
plaques de plâtre traditionnelles,
2) étendre en couche mince la pâte homogène obtenue sur une toile de coulée
mobile, bordée de moyens étanches, (tels que des parois mobiles ou fixes
par rapport ~ la paroi),
3) évacuer l'eau en excès par l'application d'un vide,
2s 4) puis attendre la prise du plâtre semi-hydrate.
Le procédé selon l'invention se caractérise en ce que, à l'issue de l'étape (2),dès que la pâte homogène est étendue sur la toile de coulée et avant l'évacua~ion de
l'eau en excès, on oriente les fibres préférentiellement selon le sens longitudinal,
2Q~58
grâce à l'application de vibrations dans la pâte homogène de plâtre fibré lors de son
cisaillement par passage entre des parois fixes ou mobiles, disposées verticalement et
dans des plans parallèles au plan contenant la direction du défilement de la toile,
sans créer de mouvements turbulents dans la pâte.
Une variante peut consister en l'utilisation de parois verticales non paraUèles
entre elles et formant des convergents dans le sens de déplacement de la toile de
coulée.
On peut aussi réaliser simultanément au cours de l'étape (2), I'orientation des
fibres et le dépôt en couche mince sur la toile de coulée.
Le procédé selon l'invention est avantageux en ce qu'il autorise aussi bien la
formation de couches fibreuses de faible épaisseur de l'ordre de 2 mm ou
d'épaisseur plus importante pouvant atteindre lS mm et ceci sans gêne pour
l'orientation des fibres.
Un autre avantage du procédé selon l'invention est lié à son efficacité pour
orienter les fibres cellulosiques aussi bien dans des pâtes à base de plâtre que dans
les pâtes contenant d'autres composés à propriétés hydrauliques telles que les
ciments.
L'orientation recherchee des fibres qui se traduit par une augmentation notable
des propriétés mécaniques de la plaque dans le sens longitudinal par rapport à celles
dans le sens transversal a été obtenue avec les dispositifs d'alignement des fibres
combinant un(ou des) système(s) générant des écoulements laminaires dans la pâteassocié à un(ou des) système(s) créant simuitanément des vibrations dans la masse de
la pâte.
On sait que, dans le cas des suspensions de fibres tr~s diluées, de l'ordre de
2s 0,1 % en poids, les fibres peuvent s'orienter dans des écoulements en l'absence de
vibration: c'est le cas lors de la fabrication du papier. A cette concentration, il y a
peu d'interactions entre les fibres qui sont donc suffisamment éloignées les unes des
autres.
2~05~
16
Par contre, à des taux de fibres plus élevés, de l'ordre de 0,5 % et plus, les
fibres sont emmêlées entre elles et forment des flocs. Ces flocs ne sont pas détruits
et les fibres ne sont pas dispersees lors du cisaillement de la suspension dans des
écoulements.
s Nous avons mis en évidence de façon surprenante que la combinaison du
cisaillement et d'une vibration permet de séparer et d'orienter les fibres. Or, c'est
dans ce domaine de concentration que ce procéd~ selon l'invention est intéressant
(temps de filtration réduit, d'où une plus grande vitesse de ligne, et des quantités
d'eau recyclée nettement plus faibles).
Selon un premier mode de réalisation du procédé selon l'invention, les
vibrations appliquées dans la pâte homogène de plâtre fib~é sont apportées par les
parois que l'on fait vibrer: pour ce faire, on peut faire vibrer toutes les parois ou
seulement une partie des parois à la condition que chaq~e paroi fixe soit encadrée
par au moins deux parois vibrées.
Selon un second mode de r~alisation du procédé selon l'invention, les
vibrations appliquées dans la pâte homogène de plâtre fibré sont apportées au moyen
d'un dispositif plan vibré, telle qu'une tôle vibrante, dispose horizontalement sous la
toile de coulée, au droit des parois verticales. -~ -
Selon un troisième mode de réalisation du pro~é selon l'invention, les
vibrations appliquées dans la pâte homogène de plâtre fibré sont apportées par une
combinaison des moyens constituant les premier et second modes de réalisation
précités.
Avantageusement, le premier mode de réalisation du procédé est mis en oeuvre
2s au moyen des dispositifs d'alignement suivants: -
- Un premier dispositif d'alignement longitudinal est composé d'un ensemble
vibré de plaquettes solidaires. Celles-ci sont montées verticalement et
parallèlement à la direction du mouvement de la toile de coulée, et situées en
20~50~&
aval de la tête d'alimen~tion et des moyens assurant le réglage de l'ép usseur
de la couche fibrée.
^ Un deuxième dispositif d'alignement des fibres est composé d'un ensemble
s vibré de disques solidaires, en rotation, de préférence dans le sens de
déplacement de la toile de coulée; en outre, ces disques sont montés
verticalement et parallèlement à la direction du déplacement de la toile de
coulée et sont situés en aval de la tête d'alimentation et des moyens assurant
le réglage de l'épaisseur de la couche fibrée. Avantageusement, on peut
o modifier l'intensité du cisaillement de la pâte fibrée en faisant varier la
vitesse de rotation de ces disques.
- Un troisième dispositif d'alignement des fibres est composé:
. d'un ensemble vibré de disques solidaires, en rotation, de préférence
dans le sens de déplacement de la toile de coulée, montés verticalement
et parallèlement à la direction de déplacement de la toile de coulée, ces
disques é~ant situés en aval de la tête d'alimentation et des moyens
assurant le réglage de l'épaisseur de la couche fibrée,
. et intercalé entre chaque disque, d'un ensemble vibré de plaquettes
solidaires, qui sont montées verticalement et parallèlement à la direction
du mouvement de la toile de coulée, et situées en aval de la tête
d'alimentation et des moyens assurant le réglage de l'épaisseur de la
couche fibr~e.
2s Les meilleurs résultats d'orientation des fibres ont été ob~enus avec le
troisième dispositif à la condition d'éviter de passer dans un régime d'écoulement
turbulent.
20~5~S~
L'orientation privilégiée des fibres dans le sens longitudinal des plaques, et
l'augmentation des caractéristiques mécaniques dans le sens longitudinal qui en
résulte ont été confirmées dans les conditions opératoires variées suivantes:
- pâte homogène comprenant du plâtre, des fibres, de l'eau et éventuellement
sdes adjuvants traditionnels et~ou du ciment tel que du ciment Portland,
- variation de la proportion de fibres contenues dans la pâte homogène coulée
sur la toile qui est avantageusement comprise entre 5 et 15 % en poids
rapporté au poids total de la couche sèche de plâtre hydraté et fibré.
oEn revanche, on a constaté que certaines conditions opératoires peuvent avoir
un effet néfaste sur l'orientation longitudinale des fibres, et donc conduire à des
plaques possédant des caractéristiques mécaniques équivalentes dans les directions
transversales et longitudinales.
A cet égard, l'amplitude des vibrations imposées à la pâte homDgène doit être
15contrôlée car des vibrations trop fortes ne sont pas capablPs d'orienter
longitudinalement les fibres.
L'un des avantages majeurs du procédé selon l'invention réside dans le fait
qu'il permet de fabriquer en continu et à grande vitesse (qui peut être supérieure à
2060 m/min.) des plaques de plâtre fibré dans des chaînes industrielles existantes de
fabrication de plaques traditionnelles dans lesquelles il sera nécessaire de modifier
uniquement:
- la partie servant à la d;stribution de la pâte homogène sur la toile de couléeen la complétant avec l'un des dispositifs d'alignement précédemment décrits.
25- la partie servant à l'évacuation de l'eau en excès. L'eau recueillie peut être
recyclée et réutilisée pour le pulpage des fibres.
Une installation convenant bien à la fabrication des plaques de plâtre fibré estreprésentée de façon schématique sur la figure 1.
Cette installation comprend:
2~5~8
19
- un bac de mélange (I) pour le défibrage et la mise en suspension de papiers
dans l'eau, généralement des vieux journaux, jusqu'à l'obtention d'une
pulpe~ Dans ce bac, on prépare des pulpes comprenant de préférence de 1 à
2,75 % en poids de fibres.
s - une quantité déterminée de cette pulpe est ensuite conduite grâce à une
pompe (2) adaptée au transfert des fluides chargés en solide dans un
mélangeur (3), simultanément avec une quantité dosée de plâtre provenant du
bac de stockage (4) et les ajouts habituels tels que les agents de COTTeCtion deprise.
0 Quand le mélange intime de plâtre, de fibres et d'eau est réalisé, la pâte
homogène obtenue est coulée sur une toile en mouvement ~6), au travers de la tête
d'alimentation (5). La tête d'alimentation (5) est conçue pour conserver
l'homogénéité de la pâte fibrée et permettre un étalement à débit régulier sur la
largeur de la toile de coulée.
La tête d'alimentation (S~ est équipée d'une plaque vibrée (7) qui assure le
réglage de l'épaisseur de la couche fibrée. Le dispositif d'alignement des fibres
comprend des plaquettes vibrées (8) et des disques tournants vibr~s (9), montés
verticalement et parallèlement à la direction de déplacement de la toile de coulée
indiquée par les flèches (10).
Comme on peut le voir plus aisément sur la figure 2, les vibrations de la
plaque (7) sont générées par un vibreur (11), par exemple un vibreur pneumatiqueou électrique à balourd, selon une direction quasiment verticale à la toile de coulée
(6). La plaque (7) a essentiellement pour rôle le réglage de l'~paisseur de la couche
de platre fibré. La vibration de faible ampleur qui lui est appliqu~e assure son auto-
nettoyage.
Les pla~uettes (8) et les disques (~) sont reliés à un châssis (12) qui est lui-même assujeffl à un vibreur (13). A litre d'exemple, on peut utiliser deux vibreurs à
balourd semblables, mais tournant en sens inverse à vitesse egale, qui sont montés
2 ~
sur le châssis (12) supportant les plaquettes (8) et les disques (9), le châssis (12)
reposant lui-meme sur des ressorts.
La rotation des disques est obtenue par un moteur, par exemple à vitesse
variable, non représenté, qui entr~une le moyeu (14) sur lequel les disques sontS mont~s et solidarisés.
On choisit pour les plaquettes (8) et les disques (9) un matériau ne risquant pas
de s'altérer au contact de la pâte de plâtre fibré. Comme matériau, on peut choisir de
l'acier inoxydable.
Selon la structure du dispositif d'orientation des fibres (par exemple, les
0 dimensions des plaquettes (8) et/ou des disques (9), etc.), selon le mode de
fonctionnement du dispositif d'orientation (par exemple, l'amplitude et la fréquence
des vibrations, la vitesse de rotation des disques (9~, la vitesse de déplacement de la
toile de coulée (6), etc..) on adapte l'écartement entre deux parois verticales,constituées soit de deux plaquettes t8), soit de deux disques (9), ou encore d'une
5 succession de plaquettes et de disques, afin d'obtenir l'orientation recherchée des
fibres.
La toile de coulée (6) comporte des parois mobiles en caoutchouc, fixes par
rapport à la toile, pour délimiter les bords de la plaque. L'aspiration de l'eau en
e~cès est réalisée au travers de la toile de coulée (6) à l'aide des boites à vide (15) et
20 d'un filtre à bande sans fin sous vide (16). La géométrie du filtre à bande est soignée
de façon à avoir de bonnes caractéristiques dimensionnelles des plaques.
En aval, la plaque de plâtre fibré en cours de formation est soumise à une
opération de calandrage grâce au dispositif (17) à cylindre presseur prévu pour
donner un bon état à la surface supérieure des plaques. Ce calandrage est donc léger
25 et ne permet pas de densifier de façon significative les plaques.
Après calandrage, la prise des plaques de plâtre fibré se poursuit sur la bande
de transport.
2~g5~58
21
Pour ce faire, la toile de coulée (6) est reliée en aval à une ligne de fabrication
de plaques de plâtre cartonnées, non représentée sur la figure 1.
La formation des bords de la plaque peut être effectuée par différents moyens
tels que truellage, systèmes à molette, bandes de formage, etc.
La qualité de la surface de la plaque peut être améliorée par enduction légère et
même au moyen d'une truelle, par exemple vibrante et/ou glissante, avec si
nécessaire addition d'un peu d'eau en surface avant l'action de la truelle. Les
plaques sont ensuite introduites dans un séchoir et traitées selon les modalitéshabituellement utilisées pour les plaques de plâtre cartonnées.
0 D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront dans les exemples qui
suivent, donnés à titre illustratif et non limitatif de l'invention.
Les caractéristiques physiques des plaques exemplifiées ont été obtenues par
les méthodes de mesure décrites dans la norme française homologuée NF P-72 302
d'Octobre 1981 , modifiée en juin 1985.
EXEMPLES 1 A 4
Ces essais ont été réalisés dans une installation industrielle du type de celle
représentée sur la figure 1, qui, selon le cas, comporte un dispositif d'alignement
représenté schématiquement, dans une de ses configurations, sur la figure 2.
Dans le cas des dispositifs d'alignement n2 à 4, la vibration des plaquettes
et/ou des disques est obtenue au moyen de deux vibreurs à balourd semblables,
tournant en sens inverse ~ vitesse égale de 2700 t/min. à 50 Hz. Les deux vibreurs
sont montés sur un châssis en acier supportant les plaquettes et/ou les di~ues, ce
châssis reposant lui-même sur quatre ressorts de compression avec les bouts
rapprochés plats, de longueur libre égale à 80 mm et de raideur égale à
1,210 daN/mm.
Les différents dispositifs d'alignement testés sont pr~cisés et référencés dans le
Tableau I suivant:
2 ~ 5 8
22
Référence Description du d~ositif d'alignement
Exemple 1 Cet essai a été réalisé sans dispositif d'orientation
(Témoin) des fibres.
.
Exemple 2 Le dispositif d'orientation est composé d'un
ensemble vibré de disques (9), tournant à une
vitesse relative de 39 m/min. par rapport à la toile
de coulée (6), dans le même sens que la toile. Les
disques (9) ont un diamètre de 240 mm. Ils sont
es~acés entre eux de 1 cm.
Exemple 3 Le dispositif d'orientation est composé d'un
ensemble vibré de plaquettes (8) solidaires. Les
dimensions des plaquettes sont les suivantes:
- une longueur de 40 cm
- et une hauteur supérieure à l'épaisseur de la pâte
coulée en couche mince. Les plaquettes sont
espacées entre elles de 1 cm.
. . .
Exemple 4 Le dispositif d'alignement est composé:
- d'un ensemble vibré de plaquettes (8) solidaires,
identiques à celles employées dans l'exemple 3,
montées en aval de la plaque (7),
- et intercalé entre chaque plaquette, un ensemble
vibré de disques (9) solidaires, identiques à ceux
employés dans l'exemple 2. Ces disques sont
montés en aval de la plaque (7) et tournent à une
vitesse relative de 39 mlmin. par rapport à la toile
de coulée, dans le même sens que la toile.
L'écartement entre un disque (9) et une plaquette
(8) est de 4,65 mm.
_
A partir d'une pulpe de l'ordre de 1,7 % en poids de fibres cellulosiques, de
plâtre semi-hydrate et d'eau, on prépare une pâte avec un rapport E/P (poids d'eau
s sur poids de plâtre) égal à 0,9 et un pourcentage de fibres de 15 % en poids par
rapport au poids de plâtre, soit 11,5 % rapporté au poids total de la couche sèche
hydratée et fibrée, dans une installation du type de celle présentée sur la figure 1.
Cette pâte est ensuite transformée en plaques de plâtre fibré dont l'épaisseur est,
23 2 ~ 8
selon l'exemple, comprise entre 4,5 mm et 8 mm. L'eau en excès est aspirée
progressivement au travers de la toile de coulée. On peut régler la masse volumique
de la plaque fibrée sèche en fonction de la quantité d'eau restant dans la pâte fibrée.
s Les caractéristiques physiques des plaques de plâtre fibré obtenues sont
reportées dans le Tableau II suivant:
TABLEQU II
Rapport des
Résistance à résistances
N Fxemple Masse la rupture en la rupture,
volumique Flexionsens long/
(g/cm3) Pa) SL/ST
1 0,83 SL = 7,061,0S
(Témoin) ST = 6,72
2 0,85 ST = 6,081,32
3 0,82 SL = 7,221,55
ST = 4,63
4 0,85 SL = 9,351,58
_ ST = 5,92
0 SL = sens longitudinal
ST = sens travers
Les dispositifs des exemples 2, 3 et 4 avec lesquels les rapports SL/ST
atteignent des valeurs supérieures à 1, permettent d'orienter les fibres cellulosiques
préférentiellement dans le sens long des plaques.
1~
Industriellement, on sélectionnera de préférence les dispositifs d'orientation
des fibres conduisant à des rapports SL/ST supérieurs ou égaux à 1,5 et de
préférence encore ceux conduisan~ à des rapports SL/ST supérieurs ou égaux à 1,75.
24
Si les vibrations imposées aux plaquettes dans l'exemple 4 sont de forte
amplitude et génèrent des turbulences dans la pâte, par exemple quand la vitesse de
rotation des balourds des deux vibreurs montés sur le châssis s'élève à 3100 t/min.,
on observe une diminution très nette de l'orientation longitudinale des fibres (SL/ST
s est alors égal à 1,1) qui s'accompagne d'une baisse notable des résistances à la
rupture en flexion dans le sens long (soit 6,5 MPa).
EXEMPLES S à 7
o Les exemples 5 à 7 ont été effectués dans les conditions opératoires de
l'exemple 4 avec les différences données dans le Tableau m suivant:
TABLEAU m
. . . . ......... _
N de l'ExempleConditions opératoires modifiées
comParativement à l'exemPle 4
5Vitesse de rotation des disques vibrés et
sens de rotation identiques ~ la vitesse et
au sens de déplacement de la toile de
coulée.
,, .~ .
6Vitesse relative de rotation des disques
vibrés égale à 51 m/min. et rotation dans
le sens opposé au sens de déplacement
de la toile.
..
7Vitesse relative de rotation des disques
vibrés égale à 84 mlmin. et rotation dans
. le sens de déplacement de la toile.
lS
Les résultats des exemples 5, 6 et 7 sont donnés dans le Tableau IV suivant:
. ~ 5 ~J ~ ~
TA~LEAU Iy
N de Masse Résistance à la Rapport des
I'Exemple volumiquerupture en résistances à la
flexion rupture en
flexion
. (MPa) sens long sur
l SL/ST
0,86 ST--4 88 1,83
. . .. . ,
6 0,84 SL = 8,43 - 1,73
. ST = 4,86
7 0,83 ST--4,30 1,88
L'orientation moyenne des fibres dans le sens long des plaques est peu
modifiée, dans les conditions de ces essais, lorsqu'on modifie la vitesse de rotation
s relative des disques par rapport à la toile de coulée ou lorsqu'on inverse le sens de
~otation des disques.
Toutes conditions égales par ailleurs, si dans les exemples 5, 6 et 7, les disques
tournants ne sont pas vibrés, on observe une diminution de l'orientation
0 préférentielle des fibres dans le sens longitudinal. Ceci se traduit par des rapports
SL/ST inférieurs à 1,4 et généralement compris entre 1 et 1,2.
E~EMPLES 8 à 10
Les essais ont été réalisés dans les conditions opératoires de l'exemple 4, avecles différences suivantes:
- le pourcentage de fibres est de 9,42 % en poids par rapport au poids de
plâtre, soit 7,5 % exprimé en pourcentage du poids total de la couche sèche hydratée
et fibrée,
2~o~,~
26
- la`vitesse de rotation des disques vibrés et le sens de leur rotation imposés des
exemples 8, 9, et 10, correspondent rigoureusement et respectivement aux conditions
imposées aux disques vibrés et tournants dans les exemples 4, 5 et 6.
Les résultats des exemples 8 à 10 sont donnés dans le Tableau V suivant:
TABLEAU V
N de Masse Résistance à la Rapport des
I'Exemple volumique rupture en résistances à la
flexion lUflPtuxrionen
(MPa) sens long sur
~ SL/ST
8 0,91 SL = 7,81 1,g5
. ST--4,0U
9 0,90 SL = 7,68 1,72
. . . ST = 4,60 . _.
0,88 SL = 7,58 1,97
. . . ST = 4,08 .
0 Si dans l'exemple 8, toutes conditions égales par ailleurs, on 61ève jusqu'à 3100
t/min. Ia vitesse de rotation des balourds des deux vibreurs montés sur le châssis, on
obtient une plaque de plâtre fibré de masse volumique égale à 0,75, de résistance à
la rupture en flexion égale à 3,6 MPa dans ie sens long et à 3 MPa dans le sens
travers correspondant à SL/ST égal à 1,21.
