Brevet FR2002336A1 — publié le 19691017

î 2002336 La présente invention est relative à des nappes de fibres feutrées et à leur procédé de production et elle permet d'obtenir une nappe de fibres feutrées unies par un liant résineux, qui possède une élasticité améliorée et qui est obtenue 5 à partir de fibres courtes de pâte de bois chimique0 Des nappes de fibres feutrées de nombreux genres sont connues et utilisées dans une diversité d'applications,y compris les capitonnages et les rembourrages, le rembourrage et le garnissage des matelas, d'autres types de rembourrage et de capi-10 tonnage, et le calorifugeage. Les caractéristiques fonctionnelles des diverses nappes ou feutres qui sont connus varient en fonction de plusieurs paramètres, tels que le type et la longueur des fibres, la nature des liants utilisés et le procédé de production. On 15 sait depuis longtemps, par exemple, que des fibres longues telles .que les fibres textiles (aussi bien synthétiques que naturelles) donnent généralement des feuilles qui, lorsqu'elles sont comprimées, ont une élasticité nettement supérieure à celle de nappes similaires obtenues à partir de fibres courtes comme les 20 fibres de bois plus courantes et les fibres de pâte de bois chimique qui sont encore plus courtes. En réalité, les fibres de bois obtenues à partir d'une pâte de bois chimique sont généralement si courtes, leur longueur étant d^nviron 1,5 mm, qu'elles constituent pratiquement une "poussière". 25 Par conséquent, quand l'application finale de la nappe ou du feutre demande une élasticité maximale, de telles fibres courtes doivent alors être évitées, malgré leur prix de revient généralement Inférieur. Un exemple d'une nappe incorporant des fibres lon-30 gues et possédant une élasticité améliorée est donné dans le brevet américain n° 3.181.225. Dans ce brevet, on utilise des combinaisons de fibres de coton et de linters de coton, en même temps qu'un liant résineux particulier, pour produire des nappes ou feuilles possédant une élasticité excellente. 35 Toutefois, d'une manière générale, les produits pos sédant des fibres longues montrent une résistance à la compression inférieure et, quand on les utilise pour le rembourrage, ils tendent à "s'écraser", de sorte que la structure inférieure peut être sentie à travers la surface, ce qui fait que cette 40 structure inférieure (par exemple des ressorts) se fait sentir 69 04339 2 2002336 à ceux qui s'assoient sur le produit ainsi rembourré. On sait que des fibres courtes, telles que les fibres de bois les plus communes et les fibres de pâte de bois chimique encore plus courtes améliorent généralement la résistance à la compression. Tou-ç tefois, ces fibres courtes diminuent également l'élasticité, comme on l'a mentionné plus haut. La demanderesse a constaté avec étonnement que lorsque des fibres très courtes d'une pâte de bois chimique sont incorporées dans des nappes ou feutres de fibres discontinues, à Xo l'aidé des liants mentionnés dans le brevet américain précité, seules ou en combinaison avec des fibres plus longues, il se produit une augmentation inattendue de l'élasticité par rapport à des produits obtenus uniquement avec des fibres longues, cependant qu'on obtient en même temps l'avantage des fibres courtes X5 en ce qui concerne une augmentation de la résistance à la compression» Ces avantages ainsi que d'autres apparaîtront au cours de la description qui va suivre et qu'on a faite en se référant au dessin annexé sur lequel : 20 la figure 1 représente un type d'appareil permettant d'obtenir des nappes feutrées ; la figure 2 est un graphique montrant diverses valeurs des propriétés des feutres obtenus» On connaît divers procédés et appareils permettant 25 de produire des nappes fibreuses, y compris les dispositifs Garnett de type classique, et divers appareils de production de nappes fibreuses à partir de suspensions de fibres dans l'air. L'un des dispositifs permettant d'obtenir des feuilles ou des nappes à partir de suspensions de fibres dans l'air est décrit 30 dans le brevet américain 3.010.161» Ce brevet décrit un appareil similaire à celui qui est représenté sur la figure 1 et qui comprend une chambre 50 disposée au-dessus d'un transporteur 52 se déplaçant continuellement. A l'une des extrémités de la chambre 50 est prévu un conduit 54 qui est raccordé à un mécanisme de 55 dispersion 56 du type d'un broyeur à marteau. Le dispositif de dispersion 56 fournit une suspension dans l'air de fibres courtes qui est envoyée dans le conduit 54. Entre le mécanisme de dispersion 56 et la chambre 50, Le conduit 54 présente une section 58 de diamètre réduit où est prévu un rouleau de préhension 40 60 grâce auquel les fibres(généralement d'une sorte longue 69 04339 3 2002336 comme les fieres de coton) qui proviennent d'un dispositif d'alimentation 62 sont amenées dans les fibres courtes se déplaçant dans le conduit 54. L'air en circulation et dans lequel des fibres courtes sont en suspension recueille les fieres longues à 5 partir des dents d'un rouleau preneur 60, ce qui forme une suspension 64 contenant à la fois des fibres courtes .et des ficres longues, tout ceci de la manière décrite dans le brevet précité nc 3oG2G.161* Près de l'orifice de sortie du conduit 54 sont prévues des bases 66 qai servent à pulvériser des ^grticules de 10 liant liquide dans la suspension 64 en circulation^que les fibres soient enrobées de liant lorsqu'elles se déposent sur le transporteur 52, en formant ainsi le feutre 70° Le transporteur entraîne ensuite le feutre 70 sous des rouleaux compresseurs appropriés 72 et ensuite dans un dessiccateur 74. 13 Comme on l'a indiqué si-dessus» on peut utiliser dss machines G-arnstt classiques pour former un feutre à partir de la nappe et on peut prévoir des bases appropriées pour pulvériser le liant de la manière indiquée dans le brevet a® 3«182«225 précitée Toutefois, il est généralement difficile de 20 traiter les fibres très courtes des pâtes de bois chimiques sur de telles machines G-arnetto D'autres appareils classiques utilisés dans la production de textiles non tissés peuvent également être utilisés* Avec n'importe lequel des procédés et des appareils 25 qu'on vient de citer, on peut obtenir des nappes de fibres feutrées comportant l'aide d'un liant, ces nappes étant ensuite séohées si nécessaire et étant chauffées pour activer le lianto On sait qu'on peut incorporer dans de telles nappes fibreuses un liant résineu:: obtenu à partir d'une composition dont l'un au 30 moins des constituants est un agent de réticulation réagissant avec la cellulose et qui, de ce fait, réagit non seulement avec l'autre constituant pour former une résine mais également avec la cellulose des fibres de coton. De tels liants comprennent ceux dont l'un des constituants est de l'urée formaldéhyde et 35 l'autre constituant est un copolymère d'acétate de vinyle* D'autres liants résineux de es genre peuvent être obtenus à partir de compositions constituées d'une part d'une méthylol aié-lamine méthylée et d'autre part d'un copolymère vinylique acrylique. Bien qu'on préfère un liant fait d'une composition dont 40 l'un des constituants est un imidazole et dont l'autre constituant 69 04339 2002336 est un copolymère vinylique acrylique, on peut utiliser d'autres compositions, comme par exemple une composition dont l'un des constituants est un diméthylol éthyl carbamate et l'autre constituant est l'un quelconque de nombreux latex, comme un copo-5 lymère vinylique acrylique, un copolymère styrène-butadiène, un polymère d'acétate de vinyle, ou des mélanges de tels produits» Gomme on l'a indiqué, des liants de ce genre qui sont utilisés avec des fibres de coton pour former une nappe ont été précédemment décrits dans le brevet n° 3°1810225o 10 La demanderesse a constaté qu'on obtient des résul tats avantageux inattendus quand on incorpore aux feutres de fibres obtenus en utilisant de tels liants résineux réagissant avec la cellulose, une quantité de fibres d'une pâte de bois chimique comprise entre 10 et 100 du poids total de la fibre, le complé-15 ment des fibres, s'il y en a, étant constitué par des fibres de coton. De telles fibres de pâte chimique sont très courtes, leur longueur étant généralement comprise entre 1,5 et 2 mm. Il faut prévoir que lorsque 10 je ou -plus du x> o i d s__t q ±a3 daa, JLxbr-e s- s on t composés de telles fibres courtes de pâte chimique, le feutre 20 montre une résistance à la compression accrue et une élasticité plus faible. En général, des quantités de telles fibres courtes inférieures à 10 ^ (par rapport au poids total des fibres, ne se remarquent pas particulièrement en ce qui concerne les propriétés du feutre, car leur présence se trouve masquée par le liant et 25 les autres fibres présentes. Toutefois, la demanderesse a constaté avec surprise que lorsqu'une proportion de telles fibres de pâte chimique égale ou supérieure à 10 $ est incorporée dans des feutres comprenant un liant résineux dont l'un des constituants est un agent de ré-30 ticulation réagissant avec la cellulose, l'élasticité de tels feutres est améliorée de façon inattendue et qu'ils montrent en même temps une résistance à la compression accrue. Dans chacun des exemples qui vont suivre, les produits ont été soumis à des essais concernant quatre caractéristiques essentielles, comme 35 suit : la résistance à la compression après un cycle est déterminée en empilant des échantillons de 15,25 x 15,25 cm sur une hauteur d'environ 76 mm et en mesurant ensuite avec précision la hauteur de la pile. On comprime alors la pile entre deux plaques 40 métalliques plates de 15,25 x 15,25 cm ou plus, à une cadence de 69 04339 5 2002336 50 mm par minute, jusqu'au 1/3 de sa hauteur initiale mesurée^La pression nécessaire pour comprimer la pile est mesurée en kg et est •transformée en kg/dm . l'élasticité après un cycle est donnée en pourcenta-5 ge et on la détermine en enlevant immédiatement la charge appliquée sur la pile après qu'elle a été comprimée jusqu'au tiers de sa hauteur (au cours de l'essai de détermination de la résistance à la compression après un cycle) et en laissant la pile reprendre élastiqueraent sa forme pendant 45 secondes» Après ce 10 temps, on mesure de nouveau la hauteur de la pile et on détermine le pourcentage d'élasticité après un cycle en divisant la hauteur ainsi obtenue par la hauteur libre initiale et en multipliant par 100. La résistance à la compression après 20 cycles est 15 déterminée en répétant 20 fois le cycle de compression et de relâchement de la pression, puis en mesurant la pression en kg qui est nécessaire au vingtième cycle pour comprimer la pile jusqu'au tiers de sa hauteur mesurée initiale, après on convertit p cette pression en kg/cm . 20 L'élasticité exprimée en pourcentage après 20 cycles est déterminée en enlevant la charge de la pile immédiatement après la 20ème compression et en laissant la pile revenir élas-tiquement à son état initial pendant 45 secondes. On mesure de nouveau la hauteur et on divise cette valeur par la hauteur libre 25 initiale de la pile, puis on multiplie par 100. Dans les tableaux ci-après et sur la figure 2 du dessin annexé, la lettre A représente la résistance à la compression au premier cycle, la lettre B représente la résistance à la compression au 20ème cycle, la lettre G représente l'élasticité après 30 le premier cycle et la lettre D représente l'élasticité après le 20ème cycle. Exemple I On obtient un produit du commerce, en mettant en oeuvre le procédé décrit dans le brevet américain n° 3.181.225, à 35 partir de fibres de déchets de coton comprenant un peu de linters de coton» Une fraction de 20 $ en pcids du produit est constituée par des matières solides du liant, liant qui comprend deux constituants dont l'un est une résine imidazole et dont l'autre est un latex vinylique acrylique réagissant; spontanément. Ce produit •z 4q a une densité de 35 kg/m et une épaisseur de 17,8 mm» On le 69 04339 6 2002336 sou.rn.et aux essais concernant les propriétés A,BS C, D ; les résultats sent donnés dans le tableau I et sont représentés par la courbe 10 sur la figure 2. les chiffres apparaissant dans la troisième colonne du tableau I sont ceux qui apparaissent dans 5 la figure 2» ■TABLEE II I Propriété Yaleur de la propriété Chiffres correspondants de la fig. 2 A 18,05 ke/dci2 12 10 ,2 B 15,52 kg/dm^ 14 C 89,2 f= 16 2 79,2 i 18 Exemple II 25 On forme une nappe de fibres sur un appareil tel que celui qui est représenté sur la figure 1 en formant, à partir d'une suspension de fibres dans l'air, un feutre ou nappe contenant 30 fo (par rapport au poids des fibres totales) de fibres de coton provenant de déchets de coton tels que le duvet et au-20 très déchetso On incorpore également au feutre 70 $> (par rapport au poids des fibres totales) de fibres d'une pâte de bois chimique (procédé au sulfite)« les fibres plus courtes de pâte chimique sont introduites à partir d'un appareil de dispersion tel que celui qui est représenté en 56 sur la figure 1 et les fibres de 25 coton plus longues sont introduites à l'aide du rouleau preneur 60. On pulvérise le liant à l'aide des buses 66 dans le mélange de fibres en cours de dépôt, en une quantité telle que le produit final contienne 20 f> en poids de matières solides du liant» On chauffe ensuite le feutre dans une étuve 74 pour le sécher et 30 activer le liant, le liant utilisé comprend deux constituants, à savoir une résine imidazole et un latex acrylique vinylique réagissant spontanément® On constate oue le produit final a une densité de 36,20 kg/m et une épaisseur de 22,17 tata» On soumet le produit aux quatre essais permettant de connaître ses proprié-35 tés A, B, C et Do les résultats sont donnés dans le tableau II ci-desscus et sont portés graphiquement sur la courbe 20 de la figure 2. 69 04339 2002336 S.n5.i-E.AU II Propriété Yaleur dé la propriété Chiffres correspon- A 30,20 kg/dm2 22 B 24,15 kg/dm2 24 5 C 94,1 f> 26 B 38,6 fo 28 Exemple III On forme un feutre de fibres en opérant de la même manière que dans 1'exemple 2 et en utilisant une suspension de 10 fibres dans l'air» On obtient ainsi une nappe ou feutre contenant ÎOO f> (par rapport au poids des fibres totales) de fibres de pâte de bois chimique (procédé au sulfite). 3tant donné qu'on n'utilise pas de fibres longues dans le présent exemple, le mécanisme dfalimentation 60 représenté sur la figure 1 15 est- inutile et les fibres peuvent être dispersées directement dans la chambre 50» Le liant fourni par les buses 66 est identique à celui qui-SBi-.appliquéedans-l'exemple-~XI-eton-1 la^a&teen une quantité telle q*ue le produit final contienne 20 fo en poids de matières solides du liant» On chauffe ensuite le feutre dans 20 une étuve 74 pour le sécher et activer le liant» On constate que le produit a une densité de 43,25 kg/m^ et une épaisseur de 16,38 mm» On soumet le produit aux essais permettant de connaître ses propriétés A, E, C et B» Les résultats sont donnés dans le tableau III ci-dessous et sont portés graphiquement sur la 25 courbe 30 de la figure 2» TABLEAU III Propriété Yaleur de la propriété Chiffres correspondants de la figure 2 A 45,85 kg/dm2 32 3° B 36,6 kg/dm2 34 C 95,2 1= 36 B 91,2 fo 38 Exemple IY 35 On forme une nappe fibreuse sur une machine textile classique couramment utilisée pour les "issus non tissés» On mélange au préalable, dans une cardeuse préalable de type classique, 85 f> (par rapport au poids des fibres totales) de fibres de résidus de coton et 15 f (par rapport au poids des fibres 69 04339 8 2002336 totales, de fibres de pâte de bois chimique (procédé au sulfite), On envoie ensuite le mélange sur un rouleau preneur d!où il est enlevé par de l'air .en circulation» La suspension de fibres dans l'air tombe ensuite sur un rouleau de condensation en 5 constituant une nappe feutrée mince» On pulvérise manuellement un liant sur la nappe qu'on replie sur elle-même à plusieurs reprises jusqu'à obtention de 1 'épaîsseur "îinaTe ^3ïï^prWïiïto On chauffe ensuite le produit résultant dans une étuve pour sécher le feutre et activer le liant» Le nant utilisé comprend deux 10 constituants dent l'un est de la méthylolmélamine méthylée et l'autre un latex vinylique acrylique réagissant spontanément., On utilise le liant en une quantité telle que le produit final contienne 12 fc de matières solides du liant» On constate que le produit final a une densité de 40 kg/m et une épaisseur de 15 10,75 ma» Cn soumet le produit à des essais permettant de connaître ses propriétés A et C. Les résultats sont donnés dans le tableau IY ci-dessous et Ils apparaissent en 42 et 46 sur la figure 2,* minées» 20 TABLEAU IY Propriété Yaleur de la propriété Chiffre correspon- 25 dant_sur_la_f ig»__2 A 21,37 kg/dm2 42 C 46 On peut voir en révisant les chiffres donnés dans les tableaux I, II et III et ceux qui apparaissent sur les courbes correspondantes 10, 20 et 30 de la figure 2 que, dans tous les cas, les fibres très courtes de pâte de bois chimique con-30 fèrent au produit une résistance à la compression qui est supérieure à celle des produits ne comportant que des fibres, longues de cotono Ceci est nettement illustré pour les propriétés A et B, le produit de l'exemple II (représenté par la courbe 20) montrant une résistance à la compression nettement plus élevée 35 quand 70 fo en poids des fibres totales sont constitués par des fibres d'une pâte chimique, par comparaison avec le produit de l'exemple I, représenté par la courbe 10, qui ne contient pas de telles ficres» En ce qui concerne le produit de l'exemple III représenté par la courbe 30, produit dans lequel la tota 69 04339 Q 2002336 lité des fibres sont des fibres de pâte de bois chimique , la résistance à la compression est encore plus élevée* Le produit de l'exemple IV, dans lequel seulement 15 f- des fibres sont des fibres de pâte chimique, montrent également une augmentation de 5 la résistance à la compression (propriété A) comme on peut le voir en 42 sur la figure 2, par rapport au produit de l'exemple I (voir le point 12), qui ne contient pas de fibres de ce genre# Le degré d'augmentation de la résistance à la compression n'est pas aussi élevé pour le produit de l'exemple IY que pour les 10 produits des exemples II et III, dans lesquels on a utilisé des quantités plus importantes d'une telle pâte chimique à fibres courtes. Cette augmentation de la résistance à la compression (propriétés A et B) devait être prévue, mais non pas au degré constaté. 15 Un fait encore plus important est le perfectionnement de l'élasticité (propriétés C et D) que montrent les produits des exemples II, III et IV. Dans le produit de l'exemple IY, qui ne contient que 15 f de fibres de pâte chimique, l'élasticité de 92,9 f° (propriété"C, 46 de la figure 2) représente une amé-20 lioration notable de l'élasticité par rapport à la valeur de 89,2 $> obtenue pour le produit de l'exemple I (voir 16 sur la figure 2).L'importance de cette amélioration ne réside pas dans sa valeur, mais dans le fait qu'il se manifeste une amélioration, quelle qu'elle soit, quand on a incorporé dans la nappe ou feu-25 tre des fibres très courtes de pâte chimique. En réalité, le produit de l'exemple IY présente une telle amélioration, bien qu'il contienne un peu moins de liant que celui de l'exemple I. Quand on considère les produits des exemples II et III (qui contiennent respectivement 70 fo et 100 fo de fibres très courtes de pâte 30 de bois chimique), l'amélioration de l'élasticité est remarquable. Les valeurs de l'élasticité, qui sont respectivement de 94,1 fo , 88,6 fo , 95,2 fo et 91,2 f> (voir respectivement en 26, 28, 36 et 38 sur la figure 2) sont très sensiblement supérieurs aux valeurs de 89,2 fa et de 79,2 f (voir en 16 et 18) concernant 35 l'élasticité du produit de l'exemple I0 On ne pouvait pas espérer une telle augmentation en ajoutant des fibres de pâte chimique extrêmement courtes, et on pouvait même prévoir qu'on n'obtiendrait pas c*augmentation en ajoutant en totalité des fibres de pâte chimique. En réalité, on aurait pu prévoir une réduc-40 tion de l'élasticité (propriétés C et B). Des fibres courtes, 69 04339 10 2002336 et en particulier les fibres très courtes d'une pâte de cois chimique, ne sont pas considérées comme aussi "élastiques" que des fibres plus longues, comme les fibres de résidus de coton utilisées dans l'exemple I„ En fait, ces fibres courtes sont 5 considérées par de nombreux techniciens comme étant l'équivalent d'une "poussière" et, comme telle, agissant plus à la manière de particules granulaires qu'à la manière de fibres0 On ne sait pas exactement, et il n'est pas nécessaire de chercher à le savoir, pourquoi l'addition de fibres cour-10 tes à des nappes feutrées de ce genre pour lesquelles on a utilisé un liant résineux dont l'un des constituants est un agent de réticulaûion réagissant avec la cellulose a pour effet inattendu d'améliorer l'élasticité de la nappe feutrée, contrairement aux caractéristiques préalablement connues de telles fi-15 bres courtes.Le brevet américain n° 3ol810225 susmentionné indique que de telles résines réagissent avec les molécules de cellulose des fibres de coton par réticulation ou un autre phénomène, pour augmenter l'élasticité des fibres. Etant donné que ces fibres de pâte de bois chimique comportent également un 20 constituant cellulosique, on pouvait prévoir que de telles résines amélioreraient également leur élasticité ; toutefois, ceci n'explique pas pourquoi de telles résines améliorent l'élasticité des fibres courtes de pâte chimique au-delà de l'amélioration que de telles résines apportent aux fibres cellulosi-2 5 ques de coton qui sont plus longues, fibres dont l'élasticité inhérente est plus élevée0 II est possible d'expliquer ce fait en supposant que la cellulose des fibres de pâte de bois chimique est différente de la cellulose des fibres de coton et qu'une réaction chimique différente ou supplémentaire, qui n'a pas été 30 élucidée, se produit» A cet égard, on notera que l'amélioration de l'élasticité, aussi bien après un cycle qu'après 20 cycles (propriétés C et L) des feutres contenant les fibres courtes de pâte chimique (exemples II, III et IY) par rapport à l'élasticité du feutre de l'exemple I est très sensible., Des élastici-55 tés comprises entre 88 $ et 95 n'avaient jamais été obtenues avec des feutres ou des nappes de fibres, pour autant que la demanderesse le sache0 69 04339 ii 2002336 R 5 7 5 ii S I g ^ !E I 0 21 S 1. Produit destiné à être utilisé pour le rembourrage, le capitonnage et l'amortissement et comprenant une nappe faite de fibres feutrées contenant de la cellulose ainsi que d'un liant résineux obtenu à partir d'une composition dont au moins l'un des constituants est un réactif réagissant avec la cellulose, ce produit étant caractérisé par le fait que 10 à 100 fc en poids des fibres contenant de la cellulose sont des fibres d'une pâte de bois chimique, grâce auxquelles l'élastici té de la nappe est amélioréeo 2» Produit conforme à la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend une nappe de fibres contenant essentiellement des fibres de pâtes de bois chimique, en une quantité comprise entre 10 et 100 f> du poids des fibres totales cette nappe comprenant des fibres de coton en une quantité comprise entre 90 et 0 f» du poids des fibres totales, et un liant résineux obtenu à partir d'une composition dont au moins l'un des constituants est un agent de réticulation réagissant avee la cellulose. 3. Produit conforme à la revendication 2, caractérisé par le fait que le premier constituant mentionné est un imidazole. 4. Produit conforme aux revendications 2 ou 3, caractérisé par le fait que le liant résineux est obtenu à partir d*un imidazole et d'un copolymère vinylique acrylique» 5o Produit conforme à la revendication 2, dans lequel la nappe de fibres contient des fibres de coton en une quantité comprise entre 0 et 90 f» du poids des fibres totales, et un liant résineux obtenu à partir d'une composition dont au moins l'un des constituants est un agent de réticulation réagissant avec la cellulose, ce produit étant caractérisé par le fait que le feutre comprend des fibres de pâte de bois chimique en une quantité comprise entre 10 et 100 fc du poids des fibres totales, ce qui fait que les caractéristiques d'élasticité de la nappe sont améliorées » 6o Procédé de production d'une nappe ou d'un produit analogue, faits de fibres feutrées, en particulier conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 5» caractérisé par le fait que le feutre contient des ficres de coton er, une 69 04339 12 2002336 quantité comprise entre 0 et 90 $ du poids des fibres totales et des fibres de pâte de bois chimique en une quantité de 100 à 10 fé du poids des fibres totales, le procédé consistant à incorporer dans ce feutre un liant résineux formé à partir d'une composition dont au moins l'un des constituants est un agent da réti- culation réagissant avec la cellulose, et à activer, le liante 7. Procédé conforme à la revendication 6, caractérisé par le fait qu'on obtient le produit feutré en déposant les fibres sur un élément de support sur lequel les fibres en suspension dans l'air sont rassemblées».