Brevet FR2480807A1 — publié le 19811023

248080? Procédé de traitement superficiel d'une couche filtrante fibreuse, non tissée et très aérée, formant électret et son application aux filtres et aux masques respiratoires notamment. Pour la filtration de l'air, les matériaux à base de fibres diélectriques, réunies en une couche non tissée très aérée et formant un électret, sont exceptionnellement efficaces et avan- tageux du fait de leur action électrostatique naturelle ou provoquée. Pour mémoire, il est utile de rappeler qu'un diélectri- que est un corps à l'intérieur duquel peut s'établir un champ élec- trique sans perte d'énergie et qui, par suite, ne conduit pas le courant. Un électret est alors un diélectrique qui reste électrisé d'une façon permanente après avoir été soumis à un champ électrique temporaire. Un tel matériau est décrit dans la demande de brevet français n0 2 374 939. Le matériau qui est fabriqué par le déposant de cette demande: la société Verto pour cet usage est à base de fibres de polypropylène et fait l'objet des essais exposés dans ce qui suit pour la mise en évidence des caractéristiques et résultats avantageux de l'invention. La couche filtrante précitée fait l'objet d'applications multiples et plus spécialement de la constitution de filtres, de la fabrication de masques respiratoires, etc. Dans les filtres, les couches sont logées dans un bottier, une poche ou autres, appropriés a l'utilisation qui doit en être faite. Dans les masques respiratoires, la couche filtrante est une enveloppe appliquée contre une coquille intérieure, poreuse et relativement rigide s'adaptant au visage, cette enveloppe étant munie d'un revêtement extérieur également poreux. Il est en effet impossible d'utiliser ces non-tissés sans une protection superficielle, en raison de leur peluchage extrême qui rend le port et la présentation des masques fort désagréables. Ce peluchage existe aussi pour les filtres et rend la pose des couches délicate, longue, imparfaite et désagréable pour le personnel chargé de cette opération obligeant à la pose de films poreux sur les deux faces. Plus spécialement, en ce qui concerne les masques connus, la coquille intérieure préformée et relativement rigide s'impose car 2 480807 la couche filtrante ne possède aucune tenue mécanique et pas du tout de rigidité; une protection extérieure s'impose également, non seule- ment pour améliorer l'aspect et rendre la manipulation agréable, mais également pour éviter que les fibres ne s 'échappent et ne se mettent en sus- pension dans l'air ambiant. D'autre part, la couche filtrante, même équipée d'un revêtement extérieur classique, n'est pas décolmatable car elle piège les particules filtrées et les garde prisonnières. Par ail- leurs, les protections superficielles connues ont pour effet d'augmen- ter la dépression du flux gazeux traversant la couche filtrante, d'autant plus que le colmatage apparait et s'accentue. La présente invention a pour but d'ôter à la couche fil- trante son aspect superficiel pelucheux et de former, sans aucune adjonc- tion, une peau poreuse décolmatable et n'accroissant pas la dépression de façon que, si la couche constitue un masque, le port de celui-ci soit confortable et agréable et que la respiration puisse s'effectuer sans aucune gene. Subsidiairement, cette peau poreuse intégrée doit produire une filtration par effet de surface améliorant la filtration obtenue dans la couche par effet électrostatique. Dans ce but et conformément au procédé de l'invention, on lisse la ou les surfaces pelucheuses de ladite couche en exerçant une friction légère sous faible pression afin que les fibres saillantes soient couchées sur la masse fibreuse sous-jacente sans que celle-ci soit comprimée, la friction étant exercée a une température de ramollis- sement telle que les fibres superficielles se soudent entre elles pour former une peau ou glacis poreux. De préférence, le lissage est effectué au moyen d'une masse métallique dont la température est comprise entre 115 et 1500C. La vitesse de défilement relative entre la couche filtrante brute et la masse chauffante, la pression appliquée entre elles et la durée de contact sont déterminées en fonction de l'apport de chaleur pour engen- drer une fusion partielle auto-collante des fibres de surface en les lissant, mais en évitant que cet effet ne se propage dans la masse. Divers autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des modes d'exécution du procédé de l'invention et leur application à un masque respiratoire sont représentés, à titre d'exemples non limitatifs sur le dessin annexé. Sur ce dessin la figure 1 est une coupe schématique d'un masque respi- ratoire faisant application du procédé de l'invention, les figures 2 et 3 sont des sections montrant à grande échelle une couche filtrante respectivement telle qu'elle a été utili- sée jusqu'à présent, brute de fabrication et telle qu'elle est main- tenant après traitement selon l'invention, et les figures 4 et 5 sont des vues schématiques illustrant deux dispositifs mettant en oeuvre deux modesd'exécution différents du procédé de l'invention. Ainsi que cela ressort de la figure 2, la couche fil- trante 1, définie dans ce qui précède, comporte des fibres diélec- triques 2, de préférence en polypropylène, entremêlées de façon lèche pour constituer un matériau non tissé très aéré et traitées par un champ électrique temporaire afin de devenir un électret durablement efficace pour filtrer par effet électrostatique. Bien entendu, toutes fibres de nature quelconque peuvent être utilisées du moment que l'effet électrostatique existe qu'il soit naturel ou provoqué. Les fibres 2 font saillie en surface et confèrent à la couche 1 un aspect pelucheux par leurs parties émergentes 3. Dans l'application particulière que montre le figure 1 et qui concerne un masque respiratoire, celui-ci comporte une coquille poreuse 4relativement rigide et adaptée au visage. Sur cette coquille est fixée, par collage ou autre moyen équivalent ne nuisant pas à la porosité, une couche 1. La face apparente extérieure de la couche 1 est pelucheuse et, pour remédier aux inconvénients évoqués dans ce qui précède, cette face est recouverte par un revêtement 5 également poreux qui est délimité par un trait mixte car, s'il existe dans l'art antérieur, l'invention a pour but de le supprimer. A cet effet, la couche filtrante brute 1 est remplacée par une couche analogue 6 traitée superficiellement et illustrée par la figure 3. Le traitement considéré consiste à lisser la surface pelu- cheuse extérieure en exerçant une friction légère sous faible pression afin que les parties émergentes 3 des fibres soient couchées en 7 sur la masse fibreuse sous-jacente. Cette friction doit être appliquée à 248080T une température de ramollissement telle que les fibres couchées 7 se - soudent entre elles et avec les fibres au contact desquelles elles se trouvent afin de former par cetentrelacs soudé et aplati 8 une peau ou glacis poreux, relativement lisse et exempt de fibres qui rebroussent en étant susceptibles de se détacher. Ce résultat peut facilement etre obtenu avec un fer à repasser, mais il est bien évident quesi cette technique convient à des essais, elle ne peut s'appliquer de façon homogène et rentable à une production industrielle. Dans ce cadre, il est possible cependant de retenir l'enseignement selon lequel le lissage peut Otre effectué au moyen d'une masse métallique chauffante dont la température est comprise entre 115 et 1500C. S'il s'agit de fibres de polypropylène, on a constaté qu'en deçà de 1150C le lissage ne s'opère pas et qu'au-delà de 150 C les fibres ont tendance à fondre et à se rétracter; en outre, l'effet électrostatique perd son efficacité. Selon un premier mode d'exécution illustré par la fi- gure 4, une bande 9 en matériau filtrant est entratnne en translation continue dans le sens de la flèche F par tout moyen approprié et s'appuie par sa face à traiter sur la crête 10 d'un miroir chauffant 11. Dans l'exemple représenté, ce miroir est un tube métallique poli de section triangulaire, revêtu de "Téflon" ou autre matière anticollante et contenant une résistance électrique de chauffage 12 dont la tempé- rature est stabilisée grace à une thermosonde ou un régulateur élec- tronique 13 placé sous la crête 10. En raison de la-pression d'appui et de la tension de défilement, le brin amont 9a et le brin aval 9b de la bande 9 forment un dièdre dont l'arête coTncide avec la crête 10 du miroir chauffant 11. Selon un deuxième mode d'exécution schématisé sur la figure 5, la bande 9 en matériau filtrant est entratnée en défile- ment continu dans le sens de la flèche F par une calandre 14 dont les cylindres compriment légèrement la bande. En amont, cette bande ctr- cule entre un cylindre chauffant 15 de lissage et un support sous- jacent 16. Dans l'exemple représentsé, le cylindre 15 tourne dans le sens de la flèche F1 opposé à celui du défilement et le support 248080? arqué 16 est fixe, pour produire l'effet de lissage ou de repassage recherché. Bien entendu, la vitesse de défilement relative entre la couche filtrante brute et la masse chauffante, la pression appliquée entre elles et la durée de contact sont déterminées en fonction de l'apport de chaleur pour engendrer une fusion partielle auto-collante des fibres de surface en les lissant, mais en évitant que cet effet ne se propage dans la masse. Par exemple dans le premier mode d'exécution (figure 4), la température du miroir chauffant peut être régulée à 137 OC+ 5 C, la vitesse de défilement est alors de 6 m/min, l'angle des deux brins 9a et 9b est de 150 et la tension de la bande 9 en fibres de polypropylène est de 400 g pour une largeur de bande de 700 mm. Ce traitement est appliqué sur la face inférieure de la bande pour qu'elle constitue la face apparente extérieure d'un masque respiratoire, la face non traitée étant rendue solidaire d'une co- quille poreuse 4. Un tel masque (1,4)possède les propriétés exposées dans ce qui précède, propriétés qui sont bien plus avantageuses, ainsi que cela ressort du tableau d'essai mentionné dans ce qui suit, que celles du masque connu le plus proche (1,4,5). Masque en "filtrette Masque en "filtrette Verto" de 100 g/m2 Verto" de 100 g/m2 traitée selon le pro- non traitée et recou cédé verte d'une coiffe poreuse 5 Dépression de colmatage 3 3 (en mm de colonne d'eau) Poids de poussières arrO- 2 tées lorsque cette dêpres 477 mg/dm 300 mg/d2 sion est atteinte Dépression obtenue après un premier décolmatage 0,6 mm 1,2 mm par frappage Dépression obtenue après 0,6 m 14 m un deuxième décolmatage Dépression obtenue après un troisième décolmatage 0,6 ma 148 Dépression obtenue après un quatrième décolmatage,6 m 1,52 m Ce tableau montre clairement qu'à dépression égale, le masque de l'invention arrête beaucoup plus de poussières que le mas- que à coiffe antérieur ou bien-qu'à quantité égale de poussières arre- tées, il est plus facile de respirer à travers le masque de l'inven- tion qu'à travers le masque à coiffe. Le tableau montre également que le masque de l'invention se décolmate par frappage très facilement et que son pouvoir filtrant ainsi que son aisance respiratoire se trouvent identiques à eux-mêmes après chaque nettoyage; par contre, avec le masque à coiffe antérieur, il est moins facile de respirer après chaque nettoyage et la quantité de poussières arrOtées va en décroissant. Bien entendu, les deux faces de la couche filtrante peu- vent être traitées, ce qui rend l'emploi de celle-ci beaucoup plus commode dans des filtres notamment. L'invention n'est pas limitée aux modes d'exécution du procédé représentés et décrits en détail dans ce qui précède, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. R E V E N D I C A T I O N S 1. Procédé de traitement superficiel d'une couche filtrante fibreuse non tissée et très aérée, à base notamment de polypropylène, et chargée d'électricité pour former un électret, ce traitement per- mettant d'8ter à cette couche son aspect-superficiel pelucheux et col- matable, ainsi que d'y former au moins une peau poreuse décolmatable dont le pouvoir filtrant par effet de surface s'ajoute au pouvoir filtrant électrostatique du coeur sans augmenter pour autant la dé- pression du flux gazeux traversant cette couche, caractérisé en ce qu'on lisse la ou les surfaces pelucheuses de ladite couche en exer- çant une friction légère sous faible pression afin que les fibres sail- lantes soient couchées sur la masse fibreuse sous-jacente sans que celleci soit comprimée, et en ce que la friction est exercée à une température de ramollissement telle que les fibres superficielles se soudent entre elles pour former une peau ou glacis poreux. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le lissage est effectué au moyen d'une masse métallique dont la tem- pérature est comprise entre 115 et 1500C. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la vitesse de défilement relative entre la couche filtrante brute et la masse chauffante, la pression appliquée entre elles et la durée de contact sont déterminées en fonction de l'apport de chaleur pour engendrer une fusion partielle auto-collante des fibres de surface en les lissant, mais en évitant que cet effét nese propage dans la masse. 4. Procédé selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la couche filtrante défile en s'y appuyant sur un "miroir chauffant". 5. Procédd selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la couche filtrante entraînée par une calandre traverse un dis- positif de lissage comprenant un support sous-jacent, fixe ou tournant, et un cylindre chauffant engendrant une vitesse de couchage tangentiel des fibres saillantes de la couche, vitesse qui est différente, en plus ou en moins, de la vitesse de défilement de cette couche engen- dree par la calandre presseuse. 6. Application du procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 5, à l'une au moins des faces de couches filtrantes équipant des filtres quelconques. 7. Application du procédé selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 5, à la face extérieure d'un masque respiratoire fil- trant constitué par une enveloppe en ce matériau fibreux recouvrant une coquille poreuse relativement rigide pour la protection de la peau.