Brevet FR2465815A1 — publié le 19810327

L'invention concerne un nouveau matériau récureur, voire abra- sif, notamment pour applications ménagères ou industrielles' elle concerne également un procédé pour le fabriquer. Comme on le sait, un "récureur" est un produit qui récure, c'est-à-dire qui nettoie en frottant. En revanche, un "abrasif" est un produit qui nettoie en frottant, mais avec lequel, en plus on arrache des petites quantités de la matière frottée. Depuis un certain temps, on utilise largement comme récureur un produit formé par une nappe non tissée constituée de crins ou de 1O grosses fibres synthétiques sur laquelle on a pulvérisé un produit liant qui joue le rôle de matière abrasive. Un tel produit, essentie: lement formé de vides, est décrit par exemple dans le brevet fran- çais n' 1 239 913. Dans une version perfectionnée, ce matériau est associé par l'une de ses faces à une éponge. Bien qu'il soit très largement uti- lisé, ce produit présente encore des inconvénients. D'une part, il est coûteux car les fibres de base sont elles-mêmes coûteuses, et d'autre part, à l'usage, il se détériore rapidement et a la facheu- se tendance à s'encrasser. Récemment, on a suggéré d'utiliser des tampons récurants for- més par agglomération ou tricotage de bandelettes ou de crins écra- sés, frisés mécaniquement. Cette solution est malheureusement d'un intérêt limité, car d'une part, elle ne permet pas de réaliser des tampons de petites dimensions, et d'autre part, et surtout, les produits ainsi réalisés se nettoient mal. L'invention pallie ces inconvénients. Elle vise un produit re- curant économique, facile à fabriquer, même dans des dimensions va- riées et qui se comporte de manière satisfaisante à l'usage. Ce nouveau matériau récureur formé par une nappe fibreuse dans laquelle la proportion de vides est prépondérante par rapport à cel- le des fibres, se caractérise en ce qu'il est formé par des fibres bilames, obtenues à partir de films, frisées en hélice, autoagglo- mérées à leurs points de contact, lesdites fibres ayant une épais- seur comprise entre 100 et 200/' et leur section présentant au moins une arête vive. Dans une forme de réalisation, les fibres sont fibrillées, c'est-à-dire obtenues par division du film dans le sens longitudinal. Avantageusement, la nappe fibreuse est non tissée et la proportion de vides est d'au moins 75 %. Néanmoins, pour certaines applications, cette pro- portion peut être plus faible. Par ailleurs, la nappe fibreuse peut aussi se présenter sous forme tricotée ou tissée. Il est indispensable: - que les fibres fonctionnelles constituant la nappe récurante soient du type bilame pour donner, d'une part, la structure tridimentionnelle dans la- quelle la frisure est hélicoïdale pour améliorer les propriétés récurantes, et d'autre part, l'autoagglcmération de manière à fixer ladite structure tridimen- tionnelle; - que la section transversale desdites fibres présente au moins une aré- te vive,de manière à donner une forte aptitude au décrochage des par- ticules à récurer; en pratique, cette section est rectangulaire, puisque les fibres sont réalisées à partir de films, - que l'épaisseur desdites fibres soit d'une part, d'au moins 100p,, si- non on perd en rigidité donc en pouvoir récurant, et d'autre part, d'au plus M sinon le produit devient trop raide et pratiquemant imnpossible à fibriller. Il faut souligner que la rigidité des fibres elles-même est certes fonc- tion de cette épaisseur, mais dépend néanmoins essentiellement de la nature des polymères choisis et des conditions de transformation de ces polymères. En re- vanche, il est essentiel que ces fibres soient résilientes. Un procédé pour la fabrication d'un tel matériau récurant consiste de manière connue à extruder un film bilams plat, à étirer, à diviser longitudina- lement ce film pour obtenir des fibres, à réceptionner ce film divisé et enfin à traiter thermiquement ce film étiré à une température suffisante pour faire apparaître la frisure potentielle desdites fibres et pour provoquer l'aggloné- ration des fibres élémentaires entre elles à leurs points de contact. Il se ca- ractérise en ce que ledit film bilame a une épaisseur en sortie de filière d'au moins 200 Pet en ce que, après étirage, les fibres ont une épaisseur comprise entre 100 et 200. Dans une forme de réalisation pratique, on effectue le traite- ment thermique sur plusieurs films fibrilles superposés et/ou croisés, par exem- ple par nappage, éventuellenent aiguilletés entre eux afin d'améliorer la cohé- sion de l'ensemble. Si le plus généralenent, on effectue le processus opératoire sur le film lui-même, on peut également l'effectuer sur des bandelettes découpées dans ce film. Dans ce cas, il est préférable que ces bandelettes ou ces lames soient dé- coupées dans le film extrudé mais non encore étiré. Dans une forma avantageuse, les bandelettes étirées et fibrillées sont transformées en un tissu ou tricot à annrmure lâche avant de subir le traitement thermique. Conne on le sait, un film bilame est un film dont chacune des deux faces prin- cipales est réalisée dans des polymères différents qui, à mène température, pré- sente des courbes effort-déformation qui ne coincident pas. Ces polymères peuvent être chimiquement différents. 5butefois, pour améliorer l'adhérence des cou- ches entre elles, on utilise des polymères identiques, mais dont par exemple le poids moléculaire, la configuration stérique, la cris- tallinit, les agents d'amorçage de cristallisation et les charges sont différentes. Un procédé pour la réalisation de tels films bilames est d'ailleurs décrit dans le brevet français 1 545 908, correspondant au brevet américain 3 582 418, ou dans la demande de brevet français des Demanderesses publiée sous le n 2 306 818, correspondant au brevet américain n 4 102 969. En pratique, les polymères sont des polyoléfines, notamment à base de polypropylene. -On peut réaliser une couche en homopoly- mère, l'autre en copolymère, notamment en copolymère statistique. On peut par exemple avoir une couche en homopolypropylene, l'au- tre couche en copolymère statistique polypropylene-polyethylene. On peut également faire appel à deux polymères différents, mais compatibles tels que par exemple une couche en polypropylene, l'autre en polyethylène haute densité. On a constaté que l'adjonction d'un terpolymère acide à la composition d'homopolymère, comme celà est d'ailleurs décrit dans la demande de brevet français des Demanderesses publiée sous le n 2 306 818 facilitait l'adhésion ultérieure du maté- riau récurant à une éponge. L'extrusion de ces deux polymères sous forme de film bila- me plat à forte épaisseur se fait de manière connue, notamment à l'aide d'une filière plate bicouche, alimentée par deux extru- deuses. Il est indispensable que le film en sortie de filière, c'est-àdire non étiré, ait une épaisseur d'au moins 200 de préférence comprise entre 200 et 700 p o En pratique, cette épaisseur doit être voisine de 500 p, de manière à ce que après étirage l'épaisseur du film ou des bandelettes soit comprise entre 100 et 205 L'étirage de ce film bilameplat épais s'effectue de manière classique par exemple à l'aide d'un train de rouleaux au travers d'une enceinte chauffée. De même, la fibrillation s'effectue de manière connue, par exemple par voie mécanique au moyen d'aiguilles portées sur un cylindre (cylindre Burckhardt). Du fait de l'épaisseur impor- tante du film, ces aiguilles doivent être de fortes dimensions et sont éventue!lement réparties de manière moins dense que d'ha- bitude à la surface du cylindre. La fibrillation a pour effet de diviser le film en un réseau de fibrilles élémentaires aussi grossières que possible pour donner de la rigidité au matériau après le traitement thermique. Ainsi, en jouant sur le taux d'éti- rage et l'intensité de la fibrillation, on peut faire varier les dimensions des fibrilles et par voie de conséquence, les propriétés récurantes. La réception s'effectue également de manière classique - soit sur des bobines à flasques, lorsque l'on renvide un film fibrille, - soit sur une nappeuse lorsque l'on désire opérer sur des films en continu, - soit sur des bobines à enroulements croisés, lorsque l'on renvide des bandelettes ou des lames fibrillées. Toutes les opérations d'extrusion, d'étirage, de fibrillation et de renvidage s'effectuent en continu. On peut également réaliser le traitement thermique à la suite en continu. Toutefois, pour des raisons économiques, il est souvent préférable d'effectuer ce traitement en une phase séparée distincte de la fabrication elle-même du film fibrille. Le traitement thermique s'effectue dans des conditions de température et de durée suffisantes pour friser les fibril- les élémentaires et pour thermocoller ces fibrilles à leurs points de contact. La frisure.tridimensionnelle en hélice donne de la voluminosité à l'ensemble et favorise la formation d'arêtes qui exercent l'action récurante. Le thermocollage maintient la structure ainsi obtenue. De préférence, on traite en chaleur sèche - soit dans un four à percussion, c'est-à-dire dans lequel le film fibrillé ou similaire (tissu,- tricot lâche de bandelettes) est soumis de part et d'autre à des flux perpendiculaires d'air chaud, - soit dans un four classique à circulation d'air chaud dans le sens d'avancée du film. De préférence, ce traitement thermique s'effectue sans tension, mais avec rétraction contrôlée, c'est-à-dire que l'on prédétermine le pourcentage de retrait compatible avec la matiè- re de manière à faire varier la frisure en fonction des résultats recherchés. Avantageusement, le film ou similaire se retracte au maximum pendant le traitement thermique de manière à obtenir la frisure et le thermocollage maximums. Alors dans ce cas, la tension sur le produit fini renvidé est pratiquement nulle. La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent, ressortiront mieux des exemples de réalisation qui suivent, donnés à titre indicatif et non limi- tatif, à l'appui des figures annexées. La figure l est une vue de face de la ligne de coextrusion- étirage-fibrillation-réception. La figure 2 est une vue de dessus de la partie Extrusion de cette ligne. La figure 3 est une vue de face de la ligne de traitement thermique en phase séparée. Les figures 4 et 5 représentent des photos du film fibrillé après traitement thermique (figure 4) et une vue agrandie de ce film (figure 5). En se référant aux figures 1 et 2, l'équipement utilisé dans ces exemples est une machine de commerce se composant et fonctionnant de la manière suivante - - l et 2 désignent des extrudeuses monovis, du type de celles fabriquées par Samafor, ayant un diamètre de vis de 75 millimè- tres en ce qui concerne l'extrudeuse 1, et de 45 millimètres en ce qui concerne l'extrudeuse 2, - 3 et 4 désignent les trémies de chargement de ces deux extrudeuses, - 5 désigne la filière plate bicouche en acier de 600 mil- limètres de large, - 6 un cylindre tournant de refroidissement dénommé "Chill- roll", refroidi intérieurement par de l'eau, le film non étiré issu de la filière 5 est plaqué sur ce cylindre 6 par une tech- nique connue de lame d'air, - 7 désigne l'ensemble de tirage synchronisé avec 6, - 8 le four d'étirage à air chaud, - 9 désigne le groupe d'étirage, - 10 un four facultatif de stabilisation, - il les rouleaux de stabilisation, - 12 désigne le fibrillateur de 150 millimètres de diamètre, à ai- guilles type Burckhardt comportant 6 aiguilles au centimètre inclinées à 300 par rapport à la varticale, avec une projection de 4 millimètres et colpOrtant 16 barrettes sur la périphérie. - enfin 13 désigne l'organe de réception de: bobinage ou autre. En se référant à la figure 3-: - 14 désigne le dérouleur destiné à recevoir la bobine à flasques 13, - 15 un cylindre d'appel positif, - 16 le groupe de tirage,- - 17 le four, - 18 un cylindre d'appel ou de relaxation, - 19 un organe de renvidage. ..........DTD: Exemple 1 On alimente et on règle l'installation de la figure 1 de la manière suivante: - on alimente l'extrudeuse 1 avec un homopolypropylene dé- nommé Lacqtène 30-30 BN1 commercialisé par ATO CHIMIE, vitesse de rotation de la vis de diamètre 75 millimètres: 50 tours par minute, débit 40 kilogrammes par heure, - on alimente l'extrudeuse 2 avec un copolymère statis- tique polypropylene-polyethylene commercialisé par AITO CHIMIE sous la dénomination Lacqtène 3020 SN3; vitesse de la vis 140 tours par minute, débit 26 kilogrammes par heure. La filière 5 est chauffée à 240 C. L'épaisseur du film bilame plat stratifié 20 à la sortie de la filière 5 est de 500 P environ pour une largeur de 400 millimètres après découpe des lisières. La répartition en poids entre les deux couches du film bilame est respectivement de 40 % de copolymère et de 60 % d'homopolymère. La vitesse de tirage en 6 et 7 est de 4,5 mètres par mi- nute. La température du four à air chaud 8 est réglée à 150 C et le taux d'étirage entre 7 et 9 est fixé à dix (soit une vi- tesse en 9 de 45 mètres par minute). - Le film étiré 21 a une épaisseur moyenne de 150 J. La vitesse linéaire de rotation du fibrillateur 12 est ré- glée à 100 mètres par minute et celle de la bobine 13 de renvi- dage à 45 mètres par minute. Un échantillon prélevé sur la bobine 13 est soumis à un traitement thermique modéré pendant 30 minutes à 130 C, ce qui permet de connaître le retrait maximum à cette température, qui est de 70 %. Cette bobine 13 est reprise en 14 (figure 3) d'o elle est débitée à la vitesse de 20 mètres par minute. La vitesse de sor- tie en 18 et celle de renvidage en 19 est réglée à 6,5 mètres par minute et la température en 17 à 1600 C. De la sorte, la ten- sion sur le film fibrillé 22 dans le four 17 est pratiquement nulle et le réseau 22 est pleinement rétracté. On obtient ainsi après refroidissement, un réseau rigide tridimensionnel formé de fibrilles grossières élémentaires fri- sées en hélice et agglomérées entre elles à leurs points de contact. On découpe cette nappe en portions élémentaires qui peuvent être utilisées comme produits récureurs, soit en l'état, soit après y avoir collé sur une face une éponge artificielle en viscose. Le produit fini présente 85-% de vides en volume et convient parfaitement comme matériau récurant. La figure 4 est une représentation photographique d'un tel film fibrillé traité thermiquement, sur laquelle apparaît nette- ment l'aspect tourmenté et volumineux de cette nappe fibreuse. La figure 5 est une représentation photographique fortement agrandie d'une portion extraite de la portion 25 de la nappe fi- breuse de la figure 4, o l'on voit nettement apparaître les fi- bres bilames 26, à arête vive, frisées et autoagglomérées., Exemple 2 On répète l'exemple 1 à une seule variante près. Le rapport d'étirage est fixé à douze et par voie de conséquence, la vitesse de 9 et de 13 est fixée à 52 mètres par minute et l'épaisseur du film étiré 21 est ramené à 130 P. On obtient des résultats analogues à ceux de l'exemple 1, sinon que le matériau est un peu plus souple car les fibrilles sont plus fines. Exemple 3 On répète l'exemple 1, puis on superpose par nappage plusieurs films fibrilles 13, dont on améliore la cohésion et la souplesse par aiguilletage au moyen d'une aiguilleteuse simple frappe de As- selin, avec des aiguilles matricées, avec une densité de frappe de coups par centimètre carré. On obtient ainsi un matériau plus épais, plus large et un peu plus dense, dans lequel, la proportion de vides représente en- viron 80 %. Ce matériau convient parfaitement comme récurant ména- ger. -Exemple 4 On modifie de manière connue l'installation de la figure 1, afin de réceptionner en 13, non plus un film fibrillé 21 mais des bandelettes étirées et ce sur des bobines à croisure. On passe ensuite ces bandelettes sur un métier à tricoter rectiligne à points de chaînette, fabriqué par Karl Mayer, connu pour la fabrication des sacs d'em0ballage. Comme fil de chaîne, on utilise une bandelette bilame polypropylène-polyethylène de 45 d'épaisseur, et 2 millimètres de largeur. Sur le tricot fini, on effectue un traitement thermique dans les mêmes conditions qu'à l'exemple 1. On obtient un matériau rugueux, facile à fabriquer, présen- tant une géométrie assez régulière, apte à être utilisé comme pro- duit récurant. Exemple5 -: On répète l'exemple 1, en remplaçant le copolymère statis- tique par un homopolymère de polyéthylene commercialisé par NAPHTA- CHIMIE sous la dénomination NATENE 60-550 AG. La filière est chauffée à 230 C, et la nappe est traitée à 130 C. On obtient un produit fibreux ayant sensiblement les mêmes propriétés qu'à l'exemple 1. Exemple 6: On répète l'exemple 1, en incorporant dans l'homopolymère en polypropylene 5 % en poids d'un polymère acide éthylène vinyle acetate (commercialisé par E.I. DU PONT DE NEMOURS sous la déno- mination ELVAX 42-60), selon les enseignements du brevet français publié sous le n 2 306 818 des Demanderesses précité. Le produit final obtenu est similaire à celui de l'exemple 1. On améliore ainsi l'adhésion à une couche d'éponge artifi- cielle en viscose, ce qui est très utile pour réaliser des comple- xes: une face récurante, une face spongieuse. Les produits et le procédé selon l'invention présentent de nombreux avantages par rapport aux produits commercialisés à ce jour. On peut citer: - la possibilité de faire varier la structure du matériau fini, donc les propriétés récurantes en jouant sur les conditions de mise en oeuvre: taux d'étirage, température, fibrillation, - la possibilité d'utiliser des matières premières assez bon marché telles que celles à base de polyoléfine, notamment de po- lypropylene, - la possibilité d'obtenir une structure finie très aérée, donc facile à nettoyer, - un procédé facilement automatisable, ne nécessitant pas un investissement lourd, - la possibilité de réaliser des fabrications continues ou discontinues-continues, - la possibilité d'obtenir des propriétés recurantes, voi- re abrasives, sans apport de matières étrangères ou de matières lian- tes, - la possibilité de découper la nappe de base sans effilo- chage, - la possibilité d'obtenir économiquement et industrielle- ment des produits teints dans la masse. De la sorte, on peut utiliser ces produits avec succès, comme produits récurants industriels ou ménagers ou comme produits de substitution des gants de crin utilisés pour les massages corpo- rels. REVENDICA SONS 1/ Matériau récureur formé par une nappe fibreuse dans laquel- le la proportion de vides est prépondérante. par rapport à celle des fibres, caractérisé en ce qu'il est formé par des fibres bila- mes, obtenues à partir de films, frisées en hélice, autoagglomérées à leurs points de contact, lesdites fibres ayant une épaisseur com- prise entre 100 et 200? et leur section présentant au moins une arête vive. 2/ Matériau récureur selon revendication 1, caractérisé en ce que la section des fibres est rectangulaire. 3/ Matériau récureur Bselon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les fibres bilames sont fibrillées. 4/ Matériau récureur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la nappe fibreuse est tissée, tricotée ou formée par une nappe non-tissée. / Matériau selon la revendication 3, caractérisé en ce que les fibres frisées en hélice sont formées à partir d'un film bila- me en polyoléfine. 6/ Matériau selon l'une des-revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la proportion de vides est supérieure à 75 %. 7/ Procédé pour la fabrication d'un matériau récureur selon l'une des revendications 1 à 6, qui consiste de manière connue à extruder un film bilame plat, à étirer, à diviser longitudinale- ment ce film pour obtenir des fibres, à réceptionner ce film divisé et enfin, à traiter thermiquement ce film étiré à une température suffisante pour faire apparaître la frisure potentielle desdites fibres et provoquer l'agglomération à leurs points de contact des fibres élémentaires entre elles, caractérisé en ce que ledit film bilame a une épaisseur, en sortie de filière, d'au moins 200 4 et en ce que, après étirage, les fibres divisées ont une épaisseur comprise entre 100 et 200. 8/ Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que de suite après l'étirage et avant la réception, on fibrille le film. 9/ Procédé selon l'une des revendications 7 et 8, caractéri- sé en ce que l'on superpose plusieurs films fibrillés et que l'on soumet l'ensemble de ces films à une opération d'aiguilletage avant le traitement thermique. / Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que, avant étirage, on divise le film extrudé en bandelettes élémentai- res que l'on étire, réceptionne sur bobine et que l'on transfor- me en étoffe tissée ou tricotée à structure lâche, à laquelle on fait subir le traitement thermique. il/ PÈocédé selon l'une des revendications 7 à 10, caracté- risé en ce que le traitement thermique s'effectue sans tension avec rétraction contrôlée. DEPOSANTS: Centre Technique Industriel dit "INSTITUT TEXTILE DE FRANCE" Etablissement Public dit "AGENCE NATIONALE DE VALORISATION DE LA RECHERCHE - ANVAR" MANDATAIRE: Cabinet Michel LAURENT