Brevet FR2268102A1 — publié le 19751114

La présente invention concerne une structure fibreuse et plus particulièrement une structure comprenant des fibres minérales sous la forme d'une nappe, d'un mat, d'une couverture, d'un feutre, etc. les fibres minérales sont habituellement produites sous la forme d'une couverture lâche ou "laine". la consolidation ou la densification de ces formes ou leur transformation sous des formes textiles pose des problèmes associés au faible allongement des fibres et (à moins qu'elles soient d'un diamètre exceptionnellement petit, par exemple inférieur à 1 micron) à leur faible flexibilité en comparaison des propriétés de fibresorganiques classiques telles que celles de "Nylon". Il a été proposé de transformer des fibres minérales (par exemple d'amiante) en filés et produits textiles en les mélangeant avec des fibres organiques, mais ces procédés n'ont eu qu'un succès partiel et les produits obtenus présentent des inconvénients qui sont dus à la présence des fibres organiques, par exemple une faible résistance à la chaleur. Des textiles non tissés de fibres organiques ont été réalisés avec des fibres discontinues par un procédé connu qui est par exemple un procédé de liaison par pitres comme on le décrira plus loin. Toutefois, lrapplication directe de ce procédé à des fibres minérales est difficile à cause des propriétés inhérentes des fibres minérales et en outre à cause du fil de pitre utilisé dans le procédé qui présente une faible résistance à la chaleur0 La Demanderesse vient de découvrir que des structures résistant à la chaleur se composant de fibres minérales peuvent outre réalisées en liant par pique des nappes de fibres minérales avec un fil de pitre comprenant une fibre résistant à la chaleur. Ainsi, la présente invention concerne une structure fibreuse résistant à la chaleur comprenant une nappe de fibres minérales liée par piqQre au moyen d'un fil comprenant une fibre thermiquement stable. les fibres minérales de la nappe peuvent outre orientées dans une ou plusieurs directions préférées mais, pour la plupart des formes de réalisation de l'invention, les fibres sont réparties au hasard dans la nappe. Afin d'éviter l'effet imprévisible de la présence d'une "grenaille" (matière particulaire non fibreuse) dans la nappe sur le fonctionnement correct des aiguilles de piqtre, il faut choisir de préférence les fibres minérales parmi celles qui, normalement, ne contiennent pas de grenaille, par exemple des fibres dtalumine ou d'oxyde de zirconium qui sont disponibles sous la marque déposée "Saffil" ou bien il faut les traiter par un procédé convenable quelconque pour éliminer la grenaille. Par exemple, une nappe régulière de fibres minérales contenant de la grenaille est produite commodément en mettant les fibres en suspension dans l'eau, en séparant la grenaille lourde par sédimentation ou centrifugation, et en éliminant liteau sur un tamis métallique. le procédé de liaison par pitre est mis en oeuvre d'une manière très satisfaisante sur une nappe d'épaisseur sensiblement uniforme. La liaison par pitre est un procédé de liaison mécanique au cours de chaque phase duquel la nappe est traversée par une rangée d'aiguilles glissantes pointues dont chacune s'ac- croche ensuite à une boucle du fil quelle tire à travers la nappe et entrelace avec le fil tiré pendant la phase précédente. Ainsi, ledit procédé consiste essentiellement à former une structure cousue ou tricotée channe en faisant passer le fil à travers une nappe non tissée, les boucles et plis résultants de la structure se trouvant sur les faces opposées de la nappe liée par piqtre. Il est possible d'utiliser toute machine convenable de liaison par pique dans le procédé de l'invention, par exemple la machine Elitex Arachne, une machine du type Malimo ou la machine de liaison par pitre VP. Le choix du fil de pitre résistant å la chaleur utilisé dans le procédé dépend principalement de la température à laquelle la structure selon l'invention doit wetre exposée ainsi que des contraintes mécaniques auxquelles la structuriest soumise.Pour des températures s'élevant jusqutà 3000C environ, il est possible d'utiliser plusieurs types de fils composés de fibres organiques thermiquement stables, par exemple une fibre de résine de phénol et de formaldéhyde, des fibres de polyamide-amide et des fibres de poly(m-phénylène-isophtalamide). Ces fibres organiques résistant aux hautes températures sont disponibles dans le commerce sous les marques déposées llKynalfl, "Kermel" et "Nomex". Des fibres de polyoxadiazole et de polybenzimidazole sont stables jusqu'à 4000C environ et ainsi elles peuvent entre également utilisées. Pour des températures s'élevant jusqu'à 7500C environ, il est possible d'utiliser un fil de verre. Pour des températures supérieures à 7500C, on préfère un fil composé de fibres de silice, de quartz ou d-'alumine, d'oxyde de bore et de silicate disponibles sous la désignation "MEC-ABS-21' chez Minnesota Mining & Manufacturing Inc. Comme fil de pitre, il est également possible dtuti- liser des filaments métalliques, par exemple un filament d'acier inoxydable "?MB" (0,03 mm) ou un filament d'alliage "Incaloy DS" (0,193 mm). En utilisant de tels fils, il est possible d'utiliser des structures selon l'invention à des températures d'au moins 1200 C. Pour des températures supérieures à-12000C, il est possible d'utiliser des fibres composées de fibres minérales réfractaires (par exemple des fils d'alumine ou dioxyde de zirconium). Les fils de verre, de silice, de quartz et d'autres substances minérales sont assez facilement usés par frottement pendant le processus de liaison par piqûre, ce qui se traduit par une cassure fréquente du fil. la Demanderesse a découvert d'une manière surprenante qu'il était possible de surmonter cette difficulté en revêtant le fil d'un polymère organique convenable. Des polymères appropriés comprennent le "Nylon", des polyamides tels que "Terylene", le polyéthylène, le polypropylène et le polytétrafluoréthylène. le polymère est appliqué commodément au fil sous la forme dtune solution ou émulsion qui est séchée après l'application d'une couche uniforme. Habituellement, par exemple dans le cas du polytétrafluoréthylène, du "Nylon" et du "Terylene11, le revêtement est durci par chauffage au-dessus de la température de frittage du polymère pour améliorer sa résistance à l'abrasion. Les fils de piqtre utilisés pour confectionner les structures de l'invention doivent titrer généralement de 90 à 2pO0 deniers, de préférence de 500 à 1500 deniers. Il est préférable que le fil présente une résistance à la rupture supé- rieure à 4,54 kg. Eventuellement, une toile légère composée de fibres organiques (par exemple de rayonne ou de "Nylon") peut outre déposée sur l'un des cotés ou les deux cotés de la nappe de fibres minérales avant la liaison par piqûre. Ceci réduit l'endommagement des fibres minérales de la nappe pendant la liaison par pitre et donne une structure selon l'invention qui possède de meilleures propriétés de manipulation. les fibres qrganiques sont de préférence thermiquement dégradables et,lorsque la structure est utilisée à des températures élevées, une telle toile est normalement brayée. les toiles utilisées ne pèsent généralement pas plus de 28 g/m et se consument sensiblement sans flamme. les points couramment utilisés, par exemple les points de chatnette ou tricot, donnent une structure liée par pitre dont la résistance mécanique se manifeste principalement dans le sens de la chatne. Pour certaines applications, il est souhaitable que la résistance soit sensiblement uniforme aussi bien dans le sens de la channe que dans le sens de la trame. On peut y parvenir de diverses manières. Par exemple, un fil de trame peut entre incorporé en plus des points de chatnette , unemachine appropriée à cet effet étant la machine à lier par pitre Malimo.En variante ou en plus, il est possible de déposer une couche de matière thermiquement stable (par exemple un tissu à texture ajourée confectionné avec le fil utilisé pour la liaison par pitre) sur l'un des cotés ou les deux cotés de la nappe de fibres minérales avant la liaison par pique. Pour certains types de matières de sécurité, par exemple, il est utile de disposer d'une matière organique comme revêtement ou couche externe pour offrir une résistance supplémentaire à l'abrasion pendant l'utilisation à la température normale. Ainsi, outre l'amélioration de la résistance mécanique dans le sens de la trame, la couche de matière thermiquement stable peut également conférer à la structure une résistance supplémentaire à l'abrasion. Â cet effet, la couche de matière thermiquement stable est de préférence une toile résistant à l'abrasion. Des toiles convenables qui résistent à la fois à l'abrasion et à la chaleur comprennent une toile "Nomexn et une toile de verre revêtue d'un polymère, par exemple une toile de verre disponible dans le commerce sous la désignation Fibercoat. Les structures selon l'invention sont intéressantes dans un grand nombre d'applications dans lesquelles la stabilité thermique et le calorifugeage sont de grande importance. Ainsi, les structures peuvent outre utilisées comme base pour des matières de sécurité utilisées dans des vêtements protecteurs et le capitonnage des avions. Les structures peuvent~etre utilisées en diverses combinaisons avec des structures analogues ou d'autres matières telles que des fibres organiques, par exemple en une structure analogue à un "sandwich". Â cause de leur grande stabilité, de l'absence de grenaille et de leurs propriétés calorifuges, les fibres minéra- les disponibles sous la désignation "Saffil" qui sont des fibres d'alumine et d'oxyde de zirconium sont particulièrement appropriées pour être utilisées dans l'invention, mais il est bien entendu que l'on peut utiliser d'autres fibres minérales, par exemple des fibres céramiques telles que des fibres d'aluminosilicate, disponibles sous les marques déposées "Eaowool", "Fibrefrax" et 11Kerlane" pour des applications particulières. T'invention concerne en outre un procédé de production dtune structure fibreuse résistant à la chaleur consistant à lier par pitre une nappe de fibres minérales avec un fil comprenant une fibre thermiquement stable. les exemples suivants sont donnés à titre illustratif, mais non limitatif de l'invention. Exemple 1 Une nappe de fibres d'oxyde de zirconium "Saff il" est liée par pitre au moyen d'un fil de verre revttu de polytétrafluoréthylène (disponible dans le commerce sous la désignation "Tygaflor"). L'appareillage utilisé comprend une machine du type Arachne comprenant quatre aiguilles par cm. La machine est réglée pour faire 32 points par dm dans le sens de la channe. On utilise deux points fondamentaux différents, un point de chaî- nette et un point tricot. le point tricot est le meilleur des deux, étant donné qu'il assure au produit une stabilité bidimensionnelle après élimination de la toile par chauffage. La face supérieure et la face inférieure de la nappe de fibres minérales sont toutes deux recouvertes d'une toile de "Nylon" à texture ajourée de 56,7 g/m pendant le processus de liaison par pitre. En appliquant une seule toile à la face inférieure, on constate que la matière pourrait être traitée en n'endommageant que très légèrement les fibres de la surface supérieure. Un échantillon de la matière (avec les deux toiles) est exposé dans un four à une température de 75000 pendant 30 minutes. La toile et le revêtement du fil sont éliminés, mais les points restent intacts et la structure ne perd pas sa flexibilité. Un autre échantillon est exposé à la flamme d'un bec Bunsen dtun c8té seulement, et la toile exposée se consume sans flamme. Les points restent à nouveau intacts. Exemple 2 On réalise une matière composit analogue à ltéchan- tillon décrit dans l'exemple 1, mais en remplaçant l'une des toiles par une toile "Nomex" (170 g/m2). Lorsque cette matière est exposée à une flamme en plaçant le c8té des fibres "Saffil" contre la flamme, la toile "Nomes" n'est pas affectée. les points restents intacts. En exposant le cEté de la toile "Nomex" à la flammè, elle est tout d'abord noircie et carbonisée et elle ne bruIe que lorsqu'on la laisse dans la flamme pendant un certain temps. Les fibres "Saffil" ne sont pas affectées. Exemple 3 On lie par pique une nappe de fibres d'oxyde de zirconium "Saffil" en utilisant un fil d'alliage '1lncaloy". L'appareillage utilisé est une machine Arachne comportant quatre aiguilles par cm. La machine est réglée pour faire 24 points par dm dans le sens de la channe et est alimentée en fil d'alliage "Incaloy DS" de 0,193 mm. On introduit dans la machine qui fonctionne à faible vitesse une nappe d'une largeur de 50 cm composée de fibres d'oxyde de zirconium "Eaf- fil protégée des deux cotés par une toile de "Nylon" soudée par fusion aux points de croisement et pesant environ 12,5 g/m2. Lasmatière est traitée sensiblement sans que les fibres soient endommagées. il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à la structure décrite sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Structure fibreuse résistant à la chaleur, caractérisée en ce qu'elle comprend une nappe de fibres minérales, de préférence de fibres d'alumine ou d'oxyde de zirconium, liée par piqûre au moyen d'un fil se composant d'une fibre thermiquement stable. 2. Structure selon la revendication 1, caractérisée en ce que le fil titre de 90 à 2000 deniers, de préférence de 500 à 1500 deniers. 3. Structure selon la revendication I ou 2, caractérisée en ce que le fil présente une résistance à la rupture supérieure à 4,54 kg. 4. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le fil se compose de fibres organiques thermiquement stables. 5. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que le fil est un fil minéral, par exemple un filament métallique ou un fil de silice ou de verre. 6. Structure selon la revendication 5, caractérisée en ce que le fil est revêtu d'un polymère, par exemple de polytétrafluoréthylène. 7. Structure selon l'une quelconque des revendications I à 6, caractérisée en ce quune.toile de fibres thermiquement dégradables est déposée sur l'un des cotés ou les deux c8tés de la nappe de fibres minérales avant la liaison par pi quatre. 8. Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'une couche d'une matière thermiquement stable est déposée sur l'un des côtés ou les deux cotés de la nappe de fibres minérales avant la liaison par pi outre. 9. Procédé de réalisation dune structure fibreuse résistant à la chaleur, caractérisé en ce qu'il consiste à lier par piqûre une nappe de fibres minérales au moyen d'un fil comprenant une fibre thermiquement stable, éventuellement avec un fil comprenant une fibre minérale thermiquement stable revêtue d'un polymère.