Brevet FR2295151A1 — publié le 19760716

La présente invention concerne la fabrication d'étoffes liées et non tissées contenant des ouvertures à travers leur épaisseur. Plus particulièrement elle concerne la fabrication d'étoffes ajourées de fibres thermoplastiques moléculairement orientées, et spécialement des étoffes de filaments thermoplastiques sensiblement continus et déposés au hasard. On connait maintenant communément des étoffes non tissées comprenant une pluralité de filaments de polymère thermoplastique moléculairement orientés, sensiblement continus et déposés au hasard. Ces étoffes de filaments continus sont caractérisées par une douceur, un toucher et un drapé typiquement semblables à celui d'un tissu, et elles apparaissent ainsi comme convenant tout-à-fait aux usages de nombreux tissus dans lesquels des tissus tissés conventionnels ou autres sont habituellement employés. Cependant, selon leur procédé de fabrication initial, les étoffes de filaments continus sont ordinairement très instables car elles manquent d'une résistance suffisante pour permettre un usage complètement satisfaisant pour destdraps de lit, des vêtements, des matériaux de draperie, etc..In conséquence, il est d'une pratique habituelle de stabiliser des étoffes de fibres continues en liant entre eux les filaments qu'elles contiennent, soit d'une manière autogène, soit au moyen d'adhési appliqués indépendamment. Bien que les techniques de liaison connues augmentent la stabilité des étoffes de filaments continus, un problème existe pour atteindre une stabilité améliorée sans affecter d'une manière contraire d'autres caractéristiques désirables de l'étoffe telles que son drapé, sa duuceur et son toucher semblables à celui d'un tissu. Les techniques de stabilisation de l'étoffe entrainant la liaison de l'ensemble de l'étoffe dans lesquelles les filaments sont unis dans l'étoffe sensiblement à tous les points je croisement superposés des filaments, produisent généralement-un tissu rugueux et rude.Bien qu'il soit exact que le contact rude et rugueux des étoffes liées dans leur ensemble soit fréquemment diminué quand l'étoffe est utilisée, probablement à cause de la rupture de certaines liaisons, cet adoucissement est généralement accompagné d'autres caractéristiques indésirables telles qu'une réduction de la résistance de la surface à l'abrasion et une réduction de l'ensemble de la résistance et de la stabilité de l'étoffe. D'autres techniques de stabilisation d'étoffes, telles que celles qui entraînent une liaison discontinue de étoffe, ne sont pas non plus complètement satisfaisantes. Le problème de la stabilisation des étoffes au moyen de liaisons discontinues est de réaliser un niveau adéquat de liaison pour obtenir une résistance suffisante de la surface à l'abrasion, et d'autres caractéristiques désirables de consistance, et en outre de maintenir les caractéristiques semblables à celles du tissu aux étoffes en filaments continus.En particulier il a été difficile d'obtenir une étoffe en filaments continus liés d'une manière discontinue dans laquelle l'étoffe est semblable à un tissu dans son drapé, son toucher et sa douceur, à une bonne résistance de sa surface à l'abrasion et à de bonnes caractéristiques de consistance particulièrement en ce qui concerne la capacité de l'étoffe d'absorber l'énergie en cas de tension. Cette dernière caractéristique d'absorption de l'énergie est indicative de la capacité de l'étoffe de se déformer sans cassures substantielles des filaments en cas de tension.Une augmentation de la capacité d'absorption de l'énergie est particulièrement importante quand étoffe est destinée à des applications telles que des vêtements et des draps danslesquelles,en cours d'usage, l'étoffe sera constamment soumise à des tensions dans des zones localisées telles que la zone des orteils dans les draps de lit ainsi que les zones du coude et du genou dans les articles d'habillement. En l'absence d'une bonne capacité d'absorption de l'énergie, l'usage d'étoffes de filaments continus dans ees applications est accompagné par une difaillancesignificative de l' & offe dans les régions localisées où des tensions sont appliquées. Le brevet anglais nO 1.339.952 de la Kimberly Clark Corporation publié le 5 Décembre 1973 décrit des méthodes utilisables pour la fabrication d'étoffes de filaments continus liés d'une manière discontinue et autogène, qui possèdent une combinaison désirable de propriétés semblables à celles des tissus, de résistance à l'abrasion et de consistance. La anglais méthode décrite dans le brevet, ci-dessus prévoit un pré- chauffage de l'étoffe de filaments continus, puis le passage de celle-ci à travers une pince dans laquelle l'un des rouleaux contient des points en relief. En choisissant d'une manière appropriée la pression et la température du rouleau de pincement, on réalise une liaison effective et intermittente d'étoffes ayant un poids de base de moins de 34 g/m2. Bien qu'en utilisant les techniques décrites dans le brevet anglais ci-dessus on puisse fabriquer des produits particulièrement utiles pour certains usages, d'autres qualités de ces produits sont désirables. Parmi celles-ci sont l'augmentation de l'extensibilité et aussi des caractéristiques plus prononcées de ressemblance avec les tissus en ce qui concerne le drapé et le toucher. Pour ce qui concerne l'extensibilité, l'extensibilité des étoffes à filaments continus liés d'une manière discontinue qui sont décrites dans le brevet anglais ci-dessus, peut être augmentée par une eXtension de l'étoffe de manière à boucler les filaments entre les zones liées. L'étoffe peut ensuite être chauffée pour fixer les filaments dans leur configuration bouclée et procurer ainsi une extension dans le tissu. Pour ce qui concerne les techniques destinées à augmenter les caractéristiques de ressemblance avec les tissus des étoffes en filaments continus liés d'une manière discorti- nue, on a constaté que le travail des étoffes ainsi liées, tel qu'il se produit en cours d'usage normal, tend à augmenter leur douceur et leur drapé si ce n'est parfois avec accompagnement d'un manque de caractéristiques de résistance. Aussi, bien que ce ne soit pas spécialement destiné aux étoffes en filaments continus à liaison discontinue, on a suggéré la fabrication d'étoffes douces non tissées avec des ouvertures et des estampages appliqués d'une manière différente. Le principal objet de la présehte invention est de fournir une étoffe non tissée nouvelle ayant une combinaison très souhaitable de résistance et de caractéristiques de ressemblance avec les tissus. Une étoffe non tissée conforme à l'invention comprend des fibres thermoplastiques moléculairement orientées et disposées au hasard et elle a une pluralité de perforations ou d'ouvertures discontinues s'étendant à travers son épaisseur. La liaison des fibres pour procurer la résistance de l'étoffe se produit dans les zones de l'étoffe qui sont immédiatement adjacentes aux perforations et délimitent celles-ci et cette liaison concerne seulement la fusion superficielle des fibres. Ainsi l'orientation moléculaire des fibres qui entrent et sont à l'intérieur des zones de liaison n'est pas sensiblement diminuée et en revanche les étoffe ainsi liées possèdent une résistance désirable. Cette étoffe non tissée et liée d'une manière discontinue a un degré désirable d'extensibilité et elle est exceptionnellement douce et drapable. Ces étoffes peuvent être fabriquées par une méthode conforme à une caractéristique supplémentaire de l'invention comprenant la fusion par induction ultrasonique d'une étoffe en fibres thermoplastiques moléculairement orientées et non liées dans des zones discontinues et d'une manière telle que l'intensité de la fusion dans les zones individuelles discontinues diminue du centre des zones vers leut côté. En faisant subir ensuite une extension à l'étoffe, ces zones qui ont plus intensément fondu se prisent pour former les perforations désirées. L'exemple qui suit est destiné à illustrer cette méthode. Une étoc non tissée de filaments de polypropylène moléculairement orientés, sensiblement continus et déposés au hasard, est fabriquée suivant les procédés décrits dans le brevet américain n 3.692.618. L'étoffe ainsi préparée a les caractéristiques suivantes - Poids de base : = 85 g m2 - Largeur : = 25,4 cm - Denier du filament: = 1,62 - Ténacité du filament: = 3,4 g/denier - Allongement: = 142% - Point de fusion cristalline du polymère = 1620 C La liaison de l'étoffe est ensuite accomplie en faisant en l'étoffe à une vitesse de 15,20 m/min., iron passer l'étoffe à une vitesse de 15,20 m/min. entre un rouleau d'acier présentant un dessin et une tête à ultrasons sous une pression de 40,77 Kg sur un rouleau avec une tête vibrant à 20.000 cycles par seconde. Le rouleau d'acier présentant un dessin avait 88 mm de diamètre et 254 mm de large avec des rainures verticales crenelées à plus 45 ou moins 45 par rapport à l'axe pour produire une suite carrée de points en relief ayant une dimension de 0,762 mm de côté, une hauteur d'environ 1,01 mm et un espace de dessins de 1,01 min. L'unité de liaison par ultrasons était un appareil de la Branson Sonic Power Company et elle a fonctionné à une puissance de 700 watts avec une tête de 254 mm de large et 12,7 - de long dans la direction de travail de l'étoffe, c'est-à-dire dans la direction machine. Après l'opération de liaison ci-dessus décrite, l'étoffe a été ensuite étirée dans la direction de passage à travers l'appareil de liaison entre trois pinces de rouleaux entraînés avec un rapport de vitesse entre le premier et le deuxième rouleau de 1,4 : 1 et entre le troisième et le second de 1,25 : 1. On a constaté que l'étoffe ainsi préparée avait un dessin de perforations similaire à celui rouleau d'acier. Par un examen au microscope on a vu que l'étoffe avait les caractéristiques ci-dessus indiquées en ce qui concerne la fusion des filaments dans les zones de l'étoffe définissant les perforations. Les propriétés physiques mesurées sur une série d'exemplaires d'étoffe préparée selon la méthode ci-dessus étaient les suivantes ;; Direction i Direction machine t transversale Résistance à la tension (Kg/cm) 2,425 à i 1,75 à a,975 i 2,975 Force de tension (cmikg) 9,143 à 8,8 à 9,828 i 9,028 Mitex n 300 à 360 . 190 à 260 La résistance à la tension ainsi que la force de tension ont été mesurées selon ASTM D - 1117 en utilisant des exemplaires de 76,2 x 25,4 -. Le test de rigidité a été mesuré en utilisant le standard Nitex; une plus graderigidité correspond à des valeurs plus hautes. Comme il résulte des valeurs rapportées ci-dessus, l'étoffe préparée par le procédé décrit est solide, a des caractéristiques d'absorption de l'énergie souhaitables, et elle est douce et drapable. De plus, elle est tout-à-fait extensible dans les deux directions machine et transversale. Pour comprendre pleinement la méthode de liaison de l'étoffe décrite ci-dessus, deux aspects importants doivent être considérés. Le premier est que la méthode initiale de liaison de l'étoffe étant obtenue par une soudure par ultrasons, procure une liaison particulièrement précise dans les zones discontinues qui ont été choisies. Elle est donc différente de celle qui utilise la chaleur, par exemple, des rouleaux chauffés avec des éléments en relief sur leur surface dans laquelle il y a des probabilités que l'étoffe sera exposée à la chaleur dans des régions autres que celles qui correspondent exactement aux points en relief.Ce chauffage peut déterminer non seulement la liaison des filaments et l'augmentation de la rigidité de l'étoffe dans des régions entre les points en relief, mais encore il peut affecter d'une manière contraire l'orientation moléculaire et de ce fait la résistance des'filaments et de l'étoffe. Dans la méthode de liaison par ultrasons qui a été décrite, ce sont seulement les régions de l'étoffe qui sont disposées entre les têtes de vibrations et les points en relief sur le rouleau qui sont chauffés. Puisque ce sont ces régions qui ont été soudées par ultrasons qui manquent de propriétés d'extension et qui créent ainsi des perforations et qui, de ce fait, augmentent le drapé, les zones de l'étoffe contenant les régions soudées par ultra- - sons seront choisies pour être suffisamment grandes pour procurer une augmentation des caractéristiques textiles de l'étoffe, tout en n'étant pas trop grandes pour affecter fâcheusement la résistance de l'étoffe. Des étoffes liées par ultrasons avec des régions soudées occupant une surface comprise entre 5 et 50% et de préférence 10 à 25, sont les plus utiles. Le second aspect important de la méthode de liaison décrite est que l'intensité de la liaison dans les régions individuelles soudées par ultrasons est plus grande au centre de ces régions et diminue progressivement vers les bords. De préférence, la portion centrale des régions liées doit être vraiment fondue au point que les filaments perdent complètement leur identité individuelle comme telle. Et, cet effet doit diminuer graduellement au fur et à mesure que l'on approche des extrémités des régions liées avec des filaments entrant dans les côtés des régions liées qui sont clairement identifiables comme filaments individuels bien qu'ils soient liés entre eux par fusion superficielle.En fournissant ainsi une intensité de liaison graduée, les portions centrales des régions liées font tout-à-fait défaut pour former des perforations pendant l'opération d'extension qui, lorsque 11 extension est continuée, se propagent vers les côtés des liaisons. Et, autant que l'on n'emploie pas une extension excessive, la propagation des perforations cesse près des côtés des régions liées où les liaisons des filaments ne sont pas assez intenses pour avoir affecté fâcheusementl'ient ation des filaments à travers toute leur épaisseur. Ainsi, les filaments liés sur les côtés des perforations peuvent supporter une tension appliquée à l' & offe. En ce qui concerne l'exemple présenté ci-dessus, on croit que la variation dans l'intensité des liaisons obtenues dans les régions de fusion par ultrasons est due au gradient thermique qui existe près des côtés des régions liées. Puisqu'on utilise un matériau de poids de base relativement important, la chaleur est effectivement dissipée près des côtés des régions liées et il en résulte qu'une fusion totale des filaments n'est pas réalisée dans ces régions. On pense que la méthode décrite est applicable à la fois aux étoffes de poids de base important ou faible, c'est-A-dire d'environ 17,078 g/m2 à environ 102,469 g/m2 et de préférence de 51,234 g/m2 à 85,39 g/m2. Comme on le voit, la densité des régions liées par ultrasons est aussi importante pour réaliser lesavantages de la présente invention. Si leur densité est trop haute, l'intégrité de structure est perdue. Une densité d'environ 775 à 49.600/dm2 et de préférence d'environ 775 à 7.700 dm2 de régions liées par ultrasons est la plus utile. Le denier des filaments est important aussi car, avec des filaments très fins la réalisation de la fusion superficielle sur les bords des perforations, sans affecter fâcheusement la résistance des filaments, peut être difficile. Pour cette raison, des étoffes contenant des filaments ayant un denier de 0,5 à 10, et, de préférence 1 à 5 conviennent dans le procédé décrit. En ce qui concerne les étoffes en filaments continus il a été noté que le ré alignement des filaments dans la direction de l'extension se produit autour des perforations formées durant le procédé d'extension. Et, cet alignement augmente la totalité d'extension. En contrôlant la totalité de l'extension, les étoffes peuvent être confectionnées avec les caractéristiques désirées de tension. Par exemple, l'étpffe fabriquée conformément à l'exemple ci-dessus décrit a une tension dans la direction transversale d'environ 0,57, ce qui signifie qu'après la fabrication une extension donnée dans la direction machine se traduira par une contraction dans la direction transversale de 57% de l'extension dans la direction machine. Cependant, en appliquant initialement une extension beaucoup plus importante à l'étoffe après La liaison par ultrasons, la tension peut être augmentée à 1,20.De même, si après la liaison par ultrasons étoffe est étirée dans la direction transversale (la direction opposée à celle que l'étoffe traverse à travers la pince de liaison) des tensions comprises entre environ o,8 et 1,9 dans la direction machine peuvent être obtenues. Comme on le voit, les conditions pour exécuter la liaison par ultrasons et l'importance de l'extension nécessaire pour préparer l'étoffe peuvent varier largement et, pour toute étoffe donnée, la liaison appropriée et les conditions d'extension peuvent être déterminées simplement par expérimentation. Généralement la liaison par ultrasons doit être effectuée avec une fréquence au-dessus de la limite d'audition qui est d'environ i6.ooo à 18.000 vibrations/seconde et avec une intensité permettant d'exécuter une soudure appropriée selon la méthode décrite ci-dessus. Après la soudure par ultrasons, une extension de l'étoffe dans une proportion d'environ 50% est ordinairement suffisante pour créer les perforations souhaitées et naturellement elle peut être plus grande, c'est-à-dire jusqu'à 180%, tant que la détérioration de l'étoffe ne se produit pas. Bien que la réalisation décrite ci-dessus de la présente invention et les explications qui l'accompagnent aient concerné la confection d'étoffes contenant des filaments sensiblement, continus, le procédé est applicable aussi aux étoffes contenant des fibres thermoplastiques moléculairement orientées, à longs brins, préparées par des techniques bien connues telles que le cardage, le dépôt par l'air, la formation humide ou autres. En ce qui concerne ces étoffes, le point important est que la longueur des fibres soit suffisante pour brider entre les régions qui ont fondu, de manière que par la liaison une étoffe cohérente soit obtenue. De préférenbe, la longueur des fibres sera au moins de 25,4 mm environ.Cependant la présente invention est considérée comme étant spécialement applicable aux étoffes non tissées de filaments sensiblement continus et, en particulier, aux étoffes préparées comme celles qui sont décrites dans le brevet américain ne 3.692.618 Dorschner et autres. Comme on le montre dans ce brevet, la méthode de formation de l'étoffe comprend ltextrusion d'un polymère thermoplastique à travers une série de têtes de filature dirigées vers le bas, et placées de préférence en lignes ou en séries de lignes. Les filaments, quand il sont filés, sont ensuite rassemblés en une ligne droite de faisceaux non tordus, uniformément espacés et côte à côte, chaque faisceau contenant au moins environ 15, et de préférence de 50 à 1.000 filaments. Ces faisceaux de filaments sont simultanément entraînés vers le bas à une vitesse d'au moins 3.000 mètres par minute et, de préférence de 3.500 à 8.oxo mètres par minute dans des colonnes de gaz qui les entourent individuellement, avec un débit d'une vitesse supersonique et dirigées pour frapper contre un transporteur sensiblement horizontal. Le rassemblement des filaments dans des faisceaux non tissés et leur entraînement et orientation pour frapper contre le transporteur sont de préférence effectuésen faisant passer les faisceaux dans un tube à air qui entoure les filaments d'une colonne ou jet d'air qui est dirigé vers le bas à une vitesse supersonique. Les tubes à air sont disposés de manière à s'étendre dans une ou plusieurs lignes à travers le transporteur en formant des angles droits par rapport à sa direction de déplacement, de sorte que les faisceaux -contenus dans la colonne de gaz quand celle-ci frappe le transporteur en mouvement s'étendent dans une ligne ou rangée à anglesdroitsà travers le transporteur. En ce qui concerne l'extension, il faut noter qu'une opération d'extension à deux étapes a été employée dans l'exemple décrit. Selon la nature de l'étoffe et particulièrement de son uniformité, ce procédé d'extension a deux étapes pour réduire au minimum la détérioration de l'étoffe durant l'extension comme par exemple un déchirement excessif sur les bords. D'autre part, après extension, l'étoffe peut être expose à une opération de traitement à chaleur douce au cours de laquelle les filaments qui tendent à boucler en dehors de la surface plane de l'étoffe au cours de l'extension sont contraints de rétrécir légèrement, de manière à ne pas fournir une surface d'étoffe éraillée qui deviendrait encore plus éraillée en cours d'usage.Naturellement, toute opération de traitement subséquente à la chaleur ne doit pas exposer les filaments à une température à laquelle l'orientation moléculaire serait affectée fâcheusement d'une manière telle que la solidité de l'étoffe serait diminuée d'une manière significative. Bien que l'invention ait été décrite en relation avec certaines réalisations préférées, il est entendu que l'invention n'est pas limitée à ces réalisations. Au contraire, toute alternative, modification et équivalent qui sont compris dans le cadre et l'esprit de l'invention définis dans les revendications annexées, sont destinés à autre couverts. Par exemple, bien que les étoffes fabriquées à partir de filaments de polypropylène aient été spécialement désignées, les fibres fabriquées à partir d'autres polymères thermoplastiques moléculairement orientée, tels que le nylon, le polyéthylène, les polyesters et autres conviennent aussi. De plus, il faut noter que la méthode décrite peut être utilisée pour la fabrication de laminés contenant au moins une feuille d'étoffe ayant des fibres thermoplastiques moléculairement orientées et dans lesquels la réunion de la feuille est obtenue au moyen de la technique de liaison par ultrasons qui a été décrite. Les laminés qui peuvent être ainsi fabriqués comprennent les laminés associant une étoffe de filaments continus et une ouate de cellulose, les laminés associant les fibres et les fils, et les laminés confectionnés à partir de différents types de fibres thermoplastiques. L'invention s'applique aussi aux étoffes contenant différents types de fibres thermoplastiques aussi bien que les étoffes contenant des mélanges due fibres thermoplastiques et non thermoplastiques. REVENDICATIONS 1.- Etoffe solide et extensible ayant des qualités semblables à celles des tissus comprenant des fibres thermoplastiques moléculairement orientées et disposées au hasard, caractérisée en ce que l'étoffe a des perforations intermittentes à travers son épaisseur, les fibres placées dans les zones de 11 étoffe immédiatement adjacentes aux perforations et définissant celles-ci étant attachées les unes aux autres d'une manière autogène par une fusion superficielle et les fibres des régions de l'étoffe entre les perforations étant sensiblement non liées les unes auu. autres. 2.- Etoffe selon la revendication 1, caractérisée en ce que les fibres sont en polypropylène. 3.- Etoffe selon l'une quelconque des revendications i et 2, caractérisée en ce que l'étoffe contient des filaments moléculairement orientés, substantiellement continus et déposés au hasard. 4.- Etoffe selon l'une quelconque des revendications i à 3, ayant un poids de-base d'environ 17,078 g à 102,469 g/m2, caractérisée en ce que ses filaments ont un denier d'environ 0,5 à 10 et en ce que ses perforations sont disposées dans une densité d'environ 775 à 40.600/dm2 et occupent une surface d'environ 5 à 50%. 5.- Etoffe selon la revendication 4 ayant un poids de base d'environ 51,234 g à 85,39 g/m2, caractérisée en ce que ses filaments ont un denier d'environ 1 à 5 et que ses perforations sont disposées dans une densité d'environ 775 à 7.700/dm2 et occupent une surface d'environ 10 à 25%. 6.- Procédé de fabrication d'une étoffe solide et extensible ayant des qualités semblables à celles des tissus, caractérisé en ce qu'il comprend la fusion d'une étoffe non liée en fibres thermoplastiques moléculairement orientées dans des régions intermittentes et discontinues d'une manière telle que l'intensité de la fusion des fibres dans ces régions est ,plus grande au centre de celles-ci et diminue vers les bords, et l'extension subséquente de l'étoffe dans une mesure suffisante pour briser les portions les plus intensément fondues des régions tout en laissant intactes les fibres fondues sur les bords de celles-ci. 7.- Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la fusion est exécutée par ultrasons. 8.- Procédé selon ltune quelconque des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que les fibres de l'étoffe sont des fibres de polypropylène. 9.- Procédé selon l'une quelconque des précédentes revendications 6 à 8, caractérisé en ce que l'étoffe contient des filaments moléculairement orientés, substantiellement continus et déposés au hasard.